DE10057187A1

DE10057187A1 - Verfahren für die Herstellung von Verbundaufbauten zwischen metallischen und nichtmetallischen Materialien

Info

Publication number: DE10057187A1
Application number: DE10057187A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Fried; Josef Artelsmair
Original assignee: Alstom Schweiz AG
Current assignee: Ansaldo Energia Switzerland AG
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2000-11-17
Publication date: 2002-05-23
Anticipated expiration: 2020-11-18
Also published as: DE10057187B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Herstellung von Verbundaufbauten (1) zwischen metallischen und nichtmetallischen Materialien, insbesondere für den Gas- und Dampfturbinenbau, wobei auf einer Oberfläche (9) eines metallischen Grundkörpers (2) eine Haftschicht (3) aufgebracht wird, auf die ein bevorzugt nichtmetallisches Material (5) aufgetragen wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Haftschicht (3) aus einzelnen Schweißpunkten bzw. Ankerpunkten (4) durch jeweils einen Schweißprozeß, insbesondere einen Lichtbogen-Schweißprozeß, hergestellt wird, wobei bei dem Schweißprozeß zur Bildung eines Schweißpunktes bzw. eines Ankerpunktes (4) die Abschmelzung eines bevorzugt endlosen Schweißdrahtes (8) derart erfolgt, daß der gebildete Schweißpunkt bzw. der Ankerpunkt (4) eine bevorzugte kugelähnliche oder eine pilzähnliche Form auf der Oberfläche (9) des Grundkörpers (2) ausbildet. Die Erfindung betrifft auch einen nach dem Verfahren hergestellten Verbundaufbau (1).

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Herstellung von Verbundaufbauten zwischen metallischen und nichtmetallischen Materialien, insbesondere für den Gas- und Dampfturbinenbau sowie einen Verbundaufbau zwischen einem metallischen und einem nichtmetallischen Material, wie es in den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 17 beschrieben ist.

Stand der Technik

Der Aufbau von Verbundaufbauten aus metallischen und nichtmetallischen Materialien, insbesondere das Beschichten von metallischen Bauteilen, wie beispielsweise beim Gas- oder Dampfturbinenbau, mit keramischen Wärmedämmschichten, ist bereits allgemein bekannt. Dabei wird auf eine metallische Oberfläche eines Grundkörpers beispielsweise mittels Plasma- oder Flammspritzen eine Haftschicht mit möglichst rauher Oberfläche aufgespritzt. Die Rauhigkeit der Oberfläche dient dem formschlüssigen Verkrallen der ebenfalls auf diese Oberfläche plasma- oder flammgespritzte Wärmedämmschicht aus einem nichtmetallischen Material. Wegen der sehr unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Metallen und nichtmetallischen Materialien, wie Keramiken, gelingen diese Verbindungen üblicherweise nur bis zu einer Schichtdicke von < 500 µm.

Wird der Verbundaufbau jedoch mit hochporöser Keramik gespritzt, so können Schichtdicken bis zu 1,5 mm erreicht werden. Diese Keramiken bzw. nichtmetallischen Materialien sind jedoch gegen Fremdkörpereinschlag außerordentlich empfindlich, so daß nur eine sehr kurze Lebenszeit derartiger Verbundaufbauten gegeben ist und diese daher sehr oft ausgetauscht bzw. repariert werden müssen.

Um beispielsweise den Kühlluftverbrauch in einer Gas- oder Dampfturbine deutlich zu senken und somit den Wirkungsgrad zu heben, braucht man eine deutlich wirksamere Wärmedämmung, als dies aus dem Stand der Technik, wie beispielsweise aus der DE 195 45 025 A1, bekannt ist.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die Herstellung von Verbundaufbauten zwischen metallischen und nichtmetallischen Materialien, insbesondere für den Gas- und Dampfturbinenbau sowie einen Verbundaufbau zwischen metallischen und nichtmetallischen Materialien zu schaffen, bei dem eine große Schichtdicke eines nichtmetallischen Materials stabil haftend und unempfindlich gegen Schlageinwirkung auf ein metallisches Material aufgebracht wird.

Diese Aufgabe der Erfindung wird derartig gelöst, daß die Haftschicht aus einzelnen Schweißpunkten bzw. Ankerpunkten durch jeweils einen Schweißprozeß, insbesondere einen Lichtbogen-Schweißprozeß, hergestellt wird, wobei bei dem Schweißprozeß zur Bildung eines Schweißpunktes bzw. eines Ankerpunktes die Abschmelzung eines bevorzugt endlosen Schweißdrahtes derart erfolgt, daß der gebildete Schweißpunkt bzw. der Ankerpunkt eine kugelähnliche oder eine pilzähnliche Form auf der Oberfläche des Grundkörpers ausbildet.

Vorteilhaft ist hierbei, daß durch den Einsatz eines Schweißprozesses eine Anpassung der Ankerpunkte in ihrer Form und Größe an die unterschiedlichen Schichtdicken für den Verbundaufbau vorgenommen werden kann. Ein weiterer Vorteil liegt bei diesen Verfahren vor allem darin, daß bei beschädigten Verbundaufbauten 1 eine einfache Reparatur durchgeführt werden kann, da der Verbundaufbau 1, insbesondere die Gas- oder Dampfturbine, nicht mehr abgebaut und zur Reparatur versendet werden muß, sondern eine direkte Reparatur vor Ort vorgenommen werden kann, da die Bildung der Ankerpunkte 4 sowie die nachträgliche Neubeschichtung mit dem nichtmetallischen Material 5 überall möglich ist, da keine besonderen Geräte oder Vorrichtungen mehr benötigt werden. Für eine derartige Reparatur Vorort ist es lediglich notwendig, daß ein entsprechendes Schweißgerät mit einem Schweißbrenner vorhanden ist, da durch den programmierten Verfahrensablauf jeder Benutzer einen entsprechenden Ankerpunkt 4 bilden kann und somit erhebliche Kosteneinsparungen, wie der Transportkosten, der Stillstandskosten usw. eingespart werden können. Ein wesentlicher Vorteil einer derartigen Herstellung der Ankerpunkte liegt darin, daß durch die Verwendung eines Schweißprozesses, insbesondere eines Lichtbogen- Schweißprozesses, ein entsprechender Reinigungseffekt auf der Oberfläche des Grundkörpers durchgeführt wird, so daß eventuelle Vorarbeiten, wie beispielsweise das Sandstrahlen der Oberfläche, entfallen können.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Ansprüchen 2 bis 16 beschrieben. Die sich daraus ergebenden Vorteile sind aus der Beschreibung zu entnehmen.

Weiterhin wird die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, daß die Haftschicht aus einzelnen Ankerpunkten gebildet ist, wobei ein Ankerpunkt aus einem endlosen Schweißdraht durch einen durchgehenden Schweißprozeß gebildet ist. Vorteilhaft ist hierbei, daß dadurch eine gezielte Positionierung der Ankerpunkte durchgeführt werden kann, wodurch eine erhebliche Steigerung der Festigkeit eines derartigen Verbundaufbaues erzielt werden kann. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß für die Herstellung eines derartigen Verbundaufbaus handelsübliche Geräte bzw. Vorrichtungen eingesetzt werden können.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Ansprüchen 18 bis 21 beschrieben. Die sich daraus ergebenden Vorteile sind aus der Beschreibung zu entnehmen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1, eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Verbundaufbaus, geschnitten und in vereinfachter schematische Darstellung;

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Seitenansicht des erfindungsgemäßen Verbundaufbaus, geschnitten und in vereinfachter schematischer Darstellung;

Fig. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel einer Seitenansicht des erfindungsgemäßen Verbundaufbaus, geschnitten und in vereinfachter schematischer Darstellung;

Fig. 4 ein Ablaufschema eines Herstellungsverfahren für den erfindungsgemäßen Verbundaufbaus, in vereinfachter schematischer Darstellung;

Fig. 5 ein weiteres Ablaufschema des Herstellungsverfahrens für den erfindungsgemäßen Verbundaufbaus, in zeitlicher Reihenfolge, gemäß Fig. 4, in vereinfachter schematischer Darstellung;

Fig. 6 ein weiteres Ablaufschema des Herstellungsverfahrens für den erfindungsgemäßen Verbundaufbaus, in zeitlicher Reihenfolge, gemäß Fig. 5, in vereinfachter schematischer Darstellung;

Fig. 7 ein weiteres Ablaufschema des Herstellungsverfahrens für den erfindungsgemäßen Verbundaufbaus, in zeitlicher Reihenfolge, gemäß Fig. 6, in vereinfachter schematischer Darstellung;

Fig. 8 ein weiteres Ablaufschema des Herstellungsverfahrens für den erfindungsgemäßen Verbundaufbaus, in zeitlicher Reihenfolge, gemäß Fig. 7, in vereinfachter schematischer Darstellung;

Fig. 9 ein anderes Ausführungsbeispiel eines Ablaufschema des Herstellungsverfahrens für den erfindungsgemäßen Verbundaufbau, in vereinfachter schematischer Darstellung;

Fig. 10 ein anderes Ausführungsbeispiel des Ablaufschema des Herstellungsverfahrens für den erfindungsgemäßen Verbundaufbau, in zeitlicher Reihenfolge, gemäß Fig. 9, in vereinfachter schematischer Darstellung;

Fig. 11 ein anderes Ausführungsbeispiel des Ablaufschema des Herstellungsverfahrens für den erfindungsgemäßen Verbundaufbau, in zeitlicher Reihenfolge, gemäß Fig. 10, in vereinfachter schematischer Darstellung.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der Fig. 1 bis 11 näher erläutert. Einführend wird festgehalten, daß gleiche Teile der sind. Die in den einzelnen Ausführungsbeispielen angegebenen Lageangaben sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

In den Fig. 1 bis 11 ist eine schematische Darstellung eines Aufbaues für einen Verbundaufbau 1, insbesondere für den Gas- und Dampfturbinenbau, aus metallischen und nichtmetallischen Materialien, sowie ein Ablaufschema zur Herstellung des Verbundaufbaus 1 zwischen den metallischen und nichtmetallischen Materialien in Zusammenhang mit dem zeitlichen Verlauf der Schweißdrahtzuführung und entsprechenden Ausgangskennlinien eines Schweißgerätes gezeigt.

Bei derartigen Verbundaufbauten 1, wie speziell aus den Fig. 1 bis 3 ersichtlich, wird auf einen metallischen Grundkörper 2 eine Haftschicht 3, die aus einzelnen Ankerpunkten 4, auch Rivets genannt, gebildet wird, aufgebracht, auf die ein nichtmetallisches Material 5 aufgetragen wird. Der Grundkörper 2 kann beispielsweise aus den Materialien IN 738, IN 939, MA 6000, PM 2000, CMSX-4, MARM 247 oder dgl. und die Ankerpunkte 4 aus den Materialien MCrAlY, SV 20, SV 34, Haynes 214, IN 625, 316 L oder dgl. bestehen. Durch die Haftschicht 3 bzw. die Ankerpunkte 4 wird erreicht, daß eine entsprechende Oberflächenrauhigkeit geschaffen wird, wodurch das im flüssigem Zustand aufzutragende nichtmetallische Material 5 eine formschlüssige Verbindung mit dem metallischen Grundkörper 2 herstellt, d. h., daß von den Ankerpunkten 4 entsprechende Hintergreifungen 6 in Form von Freiräumen zwischen den Ankerpunkten 4 und den Grundkörper 2 gebildet werden, in die das nichtmetallische Material 5 einfließt bzw. sich verkrallt und somit eine feste Verbindung des nichtmetallischen Materials 5 mit dem metallischen Material, insbesondere dem Grundkörper 2, hergestellt wird. Das Auftragen des nichtmetallischen Materials 5, wie beispielsweise Keramik, kann über bekannte Vorgänge, wie das Plasma- oder Flammspritzen, erfolgen.

Wesentlich ist für die Herstellung eines derartigen Verbundaufbaus 1 ist, daß eine definierte Oberflächenrauhigkeit mit ausreichenden Hintergreifungen 6 hergestellt wird, damit eine hohe Festigkeit und eine ausreichende Schichtdicke 7 für das nichtmetallische Material 5 erzielt werden kann. Eine große Schichtdicke 7 bewirkt beispielsweise, daß bei einer Gasturbine eine deutliche Reduzierung des Kühlluftverbrauches erzielt wird, wodurch der Wirkungsgrad der Gasturbine wesentlich erhöht wird. Damit jedoch eine große Schichtdicke 7 geschaffen werden kann, muß eine wesentlich größere Haltestruktur bzw. gröbere Haftschicht 3 gebildet werden, als dies aus dem Stand der Technik durch Auftragen von Lötpasten mit Zusatzelementen oder dgl. bekannt ist. Es kann also gesagt werden, daß in Abhängigkeit von der Form und der Größe der Ankerpunkte 4 eine entsprechend Schichtdicke 7 für das nichtmetallische Material 5 auf den Grundkörper 2 aufgetragen werden kann.

Bei derartigen Verbundaufbauten 1, wie sie beispielsweise bei Gas- oder Dampfturbinen eingesetzt werden, sollte das aufgetragenen, nichtmetallische Material 5 einen ausreichenden Fremdkörpereinschlag widerstehen können, ohne dabei das nichtmetallische Material 5 vom metallischen Material, also vom Grundkörper 2, zu trennen bzw. von diesem abzuspringen. Sollte jedoch aufgrund einer zu großen Krafteinwirkung das nichtmetallische Material 5 durch einen Fremdkörpereinschlag dennoch abgesprengt werden, so ist zu gewährleisten, daß nur eine geringe Zerstörung der Oberfläche des Verbundaufbaues 1 stattfindet. Aufgrund der speziellen Herstellung der Haftschicht 3, insbesondere der speziellen Ausbildung der Ankerpunkte 4, wird erreicht, daß bei einem Fremdkörpereinschlag nur jenes Material abgesprengt wird, welches über die Ankerpunkte 4 hinausragt, wobei jedoch das nichtmetallische Material 5 zwischen den Ankerpunkten 4 nicht vom Verbundaufbau 1 abgetrennt wird. Dadurch werden nur geringe Angriffspunkte über die Ankerpunkte 4 auf den Grundkörper 2 gebildet.

Dies wird insofern erreicht, da durch die speziell definierte Ausbildung der Ankerpunkte 4 großflächige Hintergreifungen 6 und eine definierte Anzahl von Ankerpunkten 4 auf einer vorgegebenen Fläche gebildet werden können, so daß das nichtmetallische Material 5, welches die Ankerpunkte 4 einbettet, mit diesen eine sehr feste Verbindung herstellt und dieses somit nicht mehr zwischen den einzelnen Ankerpunkten 4 vom Grundkörper 2 getrennt werden kann. Eine derartige Darstellung mit einem Fremdkörpereinschlag, bei dem ein Teil des nichtmetallischen Materials 5 abgesprengt ist, ist schematisch in Fig. 3 dargestellt. Daraus ist ersichtlich, daß das nichtmetallische Material 5 bei einem Fremdkörpereinschlag zwar oberhalb der Ankerpunkte 4 abgesprengt ist, jedoch zwischen den Ankerpunkten 4 haftend bleibt und somit nur ein geringer Wärmeübergang auf den Grundkörper 2 über die Ankerpunkte 4 entstehen kann, wodurch eine unerwünschte Zerstörung des Verbundaufbaus 2 im Bereich des Fremdkörpereinschlages verhindert werden kann.

Die Haftschicht 3 bzw. die Ankerpunkte 4 werden erfindungsgemäß durch einen Schweißprozeß, insbesondere einem Lichtbogen-Schweißprozeß, hergestellt, so daß eine gezielte Positionierung der Ankerpunkte 4 am Grundkörper 2 möglich ist und gleichzeitig die Form und die Große der Ankerpunkte 4 beeinflußt werden kann. Bei dem Schweißprozeß zur Bildung eines Schweißpunktes bzw. eines Ankerpunktes 4 wird der Ankerpunkt 4 durch die Abschmelzung eines bevorzugt endlosen Schweißdrahtes 8 erzeugt, wobei der gebildete Schweißpunkt bzw. der Ankerpunkt 4 eine kugelähnliche Form, gemäß Fig. 1, oder eine pilzähnliche Form, gemäß Fig. 2, auf einer Oberfläche 9 des Grundkörpers 2 ausbildet, d. h., daß die Haftschicht 3 aus einzelnen Schweißpunkten bzw. Ankerpunkten 4 durch jeweils einen Schweißprozeß, insbesondere einem Lichtbogen-Schweißprozeß, hergestellt wird, wobei bei dem Schweißprozeß zur Bildung eines Schweißpunktes bzw. eines Ankerpunktes 4 die Abschmelzung eines bevorzugt endlosen Schweißdrahtes 8 derart erfolgt, daß der gebildete Schweißpunkt bzw. der Ankerpunkt 4 eine kugelähnliche oder eine pilzähnliche Form auf der Oberfläche 9 des Grundkörpers 2 ausbildet.

Dabei ist zu beachten, daß bei der Verbindung des Schweißdrahtes 8 mit dem Grundkörper 2, also bei der Bildung des Ankerpunktes 4, nur eine geringe Aufschmelzung der Oberfläche 9 des Grundkörpers 2 stattfindet, da dadurch die Hintergreifungen 6 der Ankerpunkte 4, in die das aufzutragende Material 5 einfließt, vergrößert werden können, wie dies bei dem nachstehend beschriebenen Schweißprozeß der Fall ist. Ein wesentlicher Vorteil einer derartigen Herstellung der Ankerpunkte 4 liegt darin, daß durch die Verwendung eines Schweißprozesses, insbesondere eines Lichtbogen-Schweißprozesses, ein entsprechender Reinigungseffekt auf der Oberfläche 9 des Grundkörpers 2 durchgeführt wird, so daß eventuelle Vorarbeiten, wie beispielsweise das Sandstrahlen der Oberfläche 9, entfallen können, d. h., daß aufgrund des Schweißprozesses, insbesondere des Lichtbogens in der Schutzgasatmosphäre, die Oberfläche 9 des Grundkörpers 2 von Oxiden bereinigt wird, so daß eine sichere Verbindung der Ankerpunkte 4 mit dem Grundkörper 2 hergestellt werden kann und keinerlei Vorarbeiten zur Reinigung der Oberfläche 9 des Grundkörpers 2 mehr notwendig ist.

Durch den Einsatz eines gesteuerten Schweißprozesses zur Bildung eines einzigen Ankerpunktes 4 bzw. eines Schweißpunktes wird erreicht, daß dadurch ein Ankerpunkt 4 mit einem Durchmesser 10, beispielsweise zwischen 0,5 mm und 3 mm, und einer Höhe 11, beispielsweise zwischen 0,5 mm und 10 mm, definiert hergestellt wird. Selbstverständlich ist es möglich, daß noch größere Ankerpunkte 4 gebildet werden können, da hierzu lediglich die Schweißparameter für den Schweißprozeß entsprechend angepaßt werden müssen. Weiterhin wird durch den Einsatz eines Schweißprozesses erreicht, daß die Form sowie die Positionierung der einzelnen Ankerpunkte 4 auf der Oberfläche 9 des Grundkörpers 2 definiert werden kann, so daß eine höhere Festigkeit der Verbindung zwischen den beiden Materialien erzielt werden kann. Durch derart große Ankerpunkte 4 können nunmehr Schichtdicken 7, beispielsweise zwischen 1 mm und 20 mm, für das aufzutragende nichtmetallische Material 5 gebildet werden, d. h., daß durch den gesteuerten Schweißprozeß eine Anpassung der Größe, insbesondere der Höhe 11 und des Durchmessers 10, der Ankerpunkte 4 an die Schichtdicke 7 ermöglicht wird, wodurch unterschiedliche Verbundaufbauten 1 mit unterschiedlichen Schichtdicken 7 des nichtmetallischen Materials 5 hergestellt werden können und nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt, eine zufällige Anordnung der Ankerpunkte 4 auf der Oberfläche 9 mit unterschiedlichen Formen und Größen hergestellt werden.

Ein wesentlicher Vorteil des Verbundaufbaus 1 liegt darin, daß eine Anpassung der Ankerpunkte 4 in ihrer Form und Größe an die unterschiedlichen Schichtdicken 7 vorgenommen werden kann. Ein weiterer Vorteil liegt auch darin, daß durch den Einsatz eines Schweißprozesses nunmehr kein Bor- oder Siliziumeintrag in den Grundkörper 2 oder in das nichtmetallische Material 5 mehr stattfindet, wodurch eine erhebliche Qualitätssteigerung erzielt wird.

Bei dem Schweißprozeß wird auf den metallischen Grundkörper 2 das aufzutragende zusätzliche metallisches Material, insbesondere der Schweißdraht 8, bevorzugt durch einen endlosen, abschmelzenden Schweißdraht 8 bzw. eine endlose, abschmelzende Elektrode gebildet, die über einen speziellen, dynamisch sehr schnellen Drahtantrieb, nicht dargestellt, zur Schweißstelle gefördert wird, wobei gleichzeitig eine Steuerung der einzelnen Schweißparameter zur Bildung der Ankerpunkte 4 durchgeführt wird.

Der Ablauf des Schweißprozesses zur Bildung eines Ankerpunktes 4 kann in mehreren Phasen unterteilt werden, wobei jedoch ein Ankerpunkt 4 bevorzugt durch einen einzigen durchgehenden Schweißprozeß, also ohne Schweißpause, mit entsprechender Steuerung und/oder Regelung des Drahtvorschubes und/oder der Schweißparameter gebildet wird. Hierzu wird anschließend in den Fig. 4 bis 8 der Ablauf des Schweißprozesses zur Bildung eines einzigen kugelähnlichen Ankerpunktes 4 beschrieben, wobei hierzu ein zeitlicher Verlauf der Schweißdrahtförderung sowie Kennlinien der wichtigsten Schweißparameter dargestellt sind.

In der ersten Phase 12 des Schweißprozesses, gemäß Fig. 4, erfolgt die Zündung eines Lichtbogens 13, wie schematisch dargestellt, und das Aufschmelzen des Drahtelektrodenendes des Schweißdrahtes 8. Hierzu wird der Schweißdraht 8 mit einer Spannung 14, siehe Kennlinie U, beaufschlagt und mit einer vorgebbaren Geschwindigkeit 15, siehe Kennlinie v, auf das Werkstück bzw. den Grundkörper 2 zubewegt. Berührt der Schweißdraht 8 die Oberfläche 9, also bildet sich ein Kurzschluß zwischen dem Grundkörper 2 und dem Schweißdraht 8 aus, so wird dieser von dem Schweißgerät, nicht dargestellt, bzw. einer Steuervorrichtung des Schweißgerätes durch das Zusammenbrechen der Spannung 14 erkannt, worauf das Schweißgerät den Drahtantrieb stoppt, wie dies zu einem Zeitpunkt 16 ersichtlich ist.

Anschließend bzw. gleichzeitig wird ein geringer Strom 17, siehe Kennlinie I, an den Schweißdraht 8 angelegt bzw. wird der sich einstellende Stromanstieg aufgrund des Kurzschlusses auf einen definierten Wert begrenzt, wobei die Stromhöhe bzw. der Wert derart bemessen ist, daß es zu keinem Festbrennen bzw. Aufschmelzen des Schweißdrahtes 8 bzw. des Schweißdrahtendes und des Grundkörpers 2 durch eventuelles Prellen beim Aufsetzen des Schweißdrahtes 8 auf der Oberfläche 9 des Grundkörpers 2 kommen kann. Nach Ablauf einer vorgebbaren Zeitdauer 18, also einer sogenannten Entprellzeit, wird der Strom 17 auf einen weiteren vorgebbaren Wert erhöht und der Schweißdraht 8 vom Grundkörper 2 wegbewegt, wobei hierzu der Drahtvorschub umgedreht wird, wie dies aus den einzelnen Kennlinien ersichtlich ist. Beim Abheben des Schweißdrahtes 8 vom Grundkörper 2 wird aufgrund der entsprechenden Stromhöhe der Lichtbogen 13 gezündet, wie dies zum Zeitpunkt 19 ersichtlich ist, wodurch die Spannung 14 angehoben wird.

In der anschließenden zweiten Phase 20, gemäß Fig. 5, wird der Schweißdraht 8 bzw. das Schweißdrahtende definiert angeschmolzen, so daß ein entsprechender Tropfen 21 am Schweißdraht 8 ausgebildet wird. Dabei kann über die Lichtbogenbrenndauer und der Stromhöhe die Tropfengröße des Tropfens 21 für den Ankerpunkt 4, also die Größe der Kugel, bestimmt werden. Die bei der Tropfenbildung verwendete Stromhöhe, die Lichtbogenbrenndauer und die Tropfengröße bestimmen auch eine Benetzungsfläche 22, also den Einbrand am Grundkörper 2, welche durch den Lichtbogen 13 und das Aufsetzen des Tropfens 21 am Grundkörper 2 verursacht wird, d. h., daß durch diese Parameter das Aufschmelzen, insbesondere die Aufschmelzfläche des Materials am Grundkörper 2 bestimmt werden kann.

Um eine entsprechende Größe des Tropfens 21 zu erreichen, wird in der zweiten Phase 20 der Schweißdraht 8 über eine definierte Zeitdauer 23, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Dauer der zweiten Phase 20 entspricht, mit einem definierten Strom 17, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel den Wert am Ende der ersten Phase 11 entspricht, versorgt. Gleichzeit wird die Rückwärtsbewegung des Schweißdrahtes 8 weiter fortgesetzt.

Hierzu ist es selbstverständlich möglich, daß für die Bildung des Tropfens 21 die einzelnen Parameter verändert werden können. Beispielsweise ist es möglich, daß in dieser zweiten Phase 20 abermals eine Stromerhöhung durchgeführt wird oder daß die Zeitdauer 23 verlängert wird, um eine definierte Größe des Tropfens 21 zu erreichen und gleichzeitig die Benetzungsfläche 22 am Grundkörper 2 möglichst klein zu halten.

Nach Abschluß der zweiten Phase 20 wird in der dritten Phase 24, gemäß Fig. 6, die Umkehrung der Schweißdrahtbewegung in Richtung der Oberfläche 9 des Grundkörpers 2 eingeleitet, wie dies am Beginn, also zum Zeitpunkt 25, der dritten Phase 24 ersichtlich ist.

Dabei wird nunmehr die am Schweißdrahtende gebildete Kugel bzw. der Tropfen 21 auf den Grundkörper 2 aufgesetzt. Da zwischen den Schweißdraht 8 und dem Grundkörper 2 der Lichtbogen 13 ausgebildet war bzw. ist, wurde die Oberfläche 9 des Grundkörpers 2 entsprechend der Benetzungsfläche 22 leicht aufgeschmolzen, so daß das geschmolzene Material des Schweißdrahtes 8, also der Tropfen 21, sich mit diesem Material, insbesondere sich mit der Benetzungsfläche 22, des Grundkörpers 2 verschmilzt bzw. verschweißt.

Dabei ist es möglich, daß in dieser dritten Phase 24 wiederum eine Änderung der Parameter durchgeführt werden kann, wobei hierzu beispielsweise der Strom 17 abgesenkt werden kann, so daß lediglich ein schmelzflüssiger Zustand des Tropfens 21 und der Benetzungsfläche 22 aufrecht erhalten wird und somit kein zusätzliches Aufschmelzen des Schweißdrahtes 8 mehr erfolgt. Das Aufsetzen des Tropfens 21 wird vom Schweißgerät aufgrund des gebildeten Kurzschlusses, wie zum Zeitpunkt 26 ersichtlich, erkannt, so daß eine entsprechende Steuerung durchgeführt werden kann.

In der vierten Phase 27, gemäß Fig. 7, wird beim Berühren bzw. beim Setzen des angeschmolzenen Schweißdrahtes 8 auf den Grundkörper 2 dieser neuerliche Kurzschluß, gemäß Zeitpunkt 26, durch einen abermaligen Einbruch der Spannung 14 erkannt, worauf eine abermalige Rückwärtsbewegung des Schweißdrahtes 8 eingeleitet wird. Die Rückwärtsbewegung des Schweißdrahtes 8 wird dabei über eine voreinstellbare Zeitdauer 28, die sich in die anschließende fünfte Phase 29 erstrecken kann, durchgeführt, wobei gleichzeitig eine weitere Erhöhung des Stromes 17 durchgeführt werden kann, um eine entsprechende weitere Aufschmelzung des Schweißdrahtes 8 zu erreichen. Durch diese Stromerhöhung wird erreicht, daß mehr Material vom Schweißdraht 8 aufgeschmolzen wird, so daß eine Vergrößerung des Ankerpunktes 4 ohne weitere Aufschmelzung der Oberfläche 9, also ohne Vergrößerung der Benetzungsfläche 23, erzielt werden kann.

In der letzten Phase, also in der fünften Phase 29, gemäß Fig. 8, erfolgt die Lösung des Kurzschlusses zwischen dem Schweißdraht 8, insbesondere des Tropfens 21, und dem Grundkörper 2. Dies erfolgt derartig, daß die Rückwärtsbewegung des Schweißdrahtes 8 weiter durchgeführt wird, so daß sich das zähflüssige Material des Schweißtropfens vom Schweißdraht 8 löst und somit eine Kugel auf dem Grundkörper 2 ausgebildet wird. Damit bei der Auflösung des Kurzschlusses kein neuerlicher Lichtbogen 13 gebildet wird, wird sofort nach der Ablösung des Tropfens 21, also nach dem Aufheben des Kurzschlusses, gemäß Zeitpunkt 30, die Stromversorgung unterbrochen.

Dabei ist es auch möglich, daß andere Formen des Ankerpunktes 4 hergestellten werden können. Hierzu wird nachstehend ein Ablauf beschrieben, bei dem der Ankerpunkt 4 eine pilzähnliche Form, gemäß der Darstellung in Fig. 2, aufweist. Der wesentliche Vorteil einer derartigen Ausbildung des Ankerpunktes 4 liegt darin, daß durch die pilzförmige Form eine wesentliche Vergrößerung der Fläche der Hintergreifungen 6 erzielt wird, so daß eine sehr große Schichtdicke 7 beispielsweise zwischen 1 mm und 20 mm je nach Höhe 11 bzw. Größe der Ankerpunkte 4 gebildet werden kann. Dabei wird der Schweißprozeß zur Bildung des pilzförmigen Ankerpunktes 4 wiederum durch einen durchgehenden Schweißprozeß, insbesondere einen Lichtbogen-Schweißprozeß, gebildet, der wiederum in einzelne Phasen unterteilt wurde.

Die erste Phase 31, gemäß Fig. 9, zur Bildung eines pilzähnlichen Ankerpunktes 4 aus einem endlosen Schweißdraht 8 entspricht der ersten Phase 12 zur Bildung des kugelähnlichen Ankerpunktes 4, wie dies zuvor in Fig. 3 beschrieben wurde, d. h., daß die Zündung des Lichtbogens 13, wie schematisch dargestellt, durchgeführt wird.

In der zweiten Phase 32, gemäß Fig. 9, wird nunmehr ein Steg 33, wie besser aus Fig. 2 ersichtlich, des Ankerpunktes 4 gebildet, wobei hierzu der Drahtvorschub zur ersten Phase 31 umgekehrt wird, so daß dieser in Richtung des Grundkörpers 2 gefördert wird. Dabei wird eine Stromerhöhung durchgeführt, wodurch eine Anschmelzung des Endes des Schweißdrahtes 8 und des Materials des Grundkörpers 2, insbesondere die Ausbildung der Benetzungsfläche 22, geschaffen wird, so daß bei einer Berührung, also einem weiteren Kurzschluß, des Schweißdrahtes 8 mit dem Grundkörper 2 der Schweißdraht 8 mit dem Grundkörper 2 verschweißt wird, d. h., daß sich das aufgeschmolzene Material des Schweißdrahtes 8 mit dem aufgeschmolzenen Material des Grundkörpers 2 verbindet, wobei jedoch beim Auftreten des Kurzschlusses keine Abschmelzung des Schweißdrahtes 8 durchgeführt wird, wie dies bei normalen Schweißprozessen der Fall ist. Dadurch wird erreicht, daß nunmehr der Schweißdraht 8 direkt mit dem Grundkörper 2 verschweißt wird und somit ein ständiger Kurzschluß vorhanden ist.

Nach der Bildung des neuerlichen Kurzschlusses, also nach dem Verschweißen des Schweißdrahtes 8 mit dem Grundmaterial 2, wie zum Zeitpunkt 34 ersichtlich, wird der Schweißdraht 8 nunmehr zum Unterschied zur kugelförmigen Ausbildung des Ankerpunktes 4, wie in den Fig. 4 bis 8 beschrieben, weiter in Richtung des Grundkörpers 2, gefördert, wobei nach Ablauf einer voreingestellten Zeitdauer 35 eine weitere Stromerhöhung erfolgt.

Bei der dritten Phase 36, gemäß Fig. 11, wird ein Kopf 37, wie besser aus Fig. 2 ersichtlich ist, des pilzförmigen Ankerpunktes 4 gebildet. Dabei wird die Position des Kopfes 37 durch einen Abstand 38 eines Kontaktrohres 39 des Schweißbrenners, wie schematisch dargestellt, zur Oberfläche 9 des Grundkörpers 2 bestimmt und somit gleichzeitig die Länge des Steges 33 festgelegt, d. h., daß aufgrund der sogenannten Stickoutlänge des Schweißdrahtes 8, also der Austrittslänge des Schweißdrahtes 8 aus dem Kontaktrohr 39 des Schweißbrenners, die Länge des Steges 33 und die Größe des Kopfes 37 des pilzförmigen Ankerpunktes 4 festgelegt wird. Hierzu ist es möglich, daß bei der Förderung des Schweißdrahtes 8 in Richtung des Grundkörpers 2 der Schweißbrenner vom Grundkörper 2 wegbewegt wird, wodurch eine wesentliche Vergrößerung der Stickoutlänge des Schweißdrahtes 8 erreicht werden kann.

Dabei ist es auch möglich, daß der Drahtvorschub gestoppt wird, wie dies in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zum Zeitpunkt 40 gezeigt ist. Durch die Stromerhöhung in der zweiten Phase 32 wird der Schweißdraht 8 derart erhitzt, daß sich im Mittel zwischen dem Kontaktrohr 39 und der Oberfläche 9 des Grundkörpers 2, also im Mittel der Stickoutlänge des Schweißdrahtes 8, die stärkste Wärmeentwicklung stattfindet, da die Wärmeentwicklung in den Randbereichen des Schweißdrahtes 8 über die Angrenzenden Teile, wie dem Grundkörper 2 und dem Kontaktrohr 39, zumindest teilweise abgeleitet werden können, so daß in diesem Bereich, also im Mittel der Stickoutlänge, das Material des Schweißdrahtes 8 verflüssigt wird. Dadurch wird erreicht, daß der Schweißdraht 8 in einem definierten Bereiche, insbesondere im Mittelpunkt zwischen dem Grundkörper 2 und dem Austritt des Schweißdrahtes 8 aus dem Kontaktrohr 39, durchschmolzen bzw. getrennt wird und somit der Kurzschluß aufgehoben wird.

Nach dem Durchschmelzen des Schweißdrahtes 8 wird aufgrund des eingestellten Stromes 16 ein neuerlicher Lichtbogen 13 zwischen den beiden Enden des Schweißdrahtes 8 gebildet, d. h., daß durch das Durchschmelzen des Schweißdrahtes 8 der abgeschmolzenen Teil des Schweißdrahtes 8, also der Steg 33, mit dem Grundkörper 2 verbunden ist, wogegen im Kontaktrohr 39 des Schweißbrenners weiterhin der endlose Schweißdraht 8 angeordnet ist, so daß der Lichtbogen 13 nunmehr nicht mehr direkt auf die Oberfläche 9 des Grundkörpers 2 einwirkt, sondern auf den gelösten bzw. getrennten Teil des Schweißdrahtes 8, also auf den Steg 33. Durch die Versorgung des neuerlichen Lichtbogens 13 mit einem definierten Strom 17 und einer definierten Spannung 14 über eine definierte Zeitdauer wird erreicht, daß zwischen den beiden Schweißdrahtenden die Kugelgröße des Kopfes 37 des pilzförmigen Ankerpunktes 4 ausgebildet wird, da die beiden Schweißdrahtenden durch den Lichtbogen 13 weiter aufgeschmolzen werden, wie dies schematisch dargestellt ist.

Wurde eine entsprechende Kugelgröße auf dem abgeschmolzenen Teil des Schweißdrahtes 8, also auf den Steg 33, erreicht, so wird die Versorgung des Lichtbogens 13 mit Energie unterbrochen, wodurch die Bildung des pilzförmigen Ankerpunktes 4 beendet ist.

Dabei ist es auch möglich, daß kurzzeitig der vom Schweißbrenner austretende Schweißdraht 8, wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel gezeigt, mit einer entsprechenden Vorwärtsbewegung in Richtung des Grundkörpers 2 ohne Energieversorgung mit dem bereits am Grundkörper 2 verschweißten Teil des Schweißdrahtes 8, also dem Steg 33, in Kontakt gebracht wird, so daß jenes flüssige Material des aus dem Schweißbrenner austretenden Schweißdrahtes 8 auf das angeschweißte Drahtstück übertragen wird, wie dies ab einem Zeitpunkt 41 ersichtlich ist. Hierzu wird jedoch nach der Berührung, also bei einem weiteren Kurzschluß, dieser wiederum in entgegen gesetzter Richtung vom Grundkörper 2 bewegt, so daß ein einfaches Abziehen des schmelzflüssigen Materials des vom Schweißbrenner austretenden Schweißdrahtes 8 erreicht wird. Damit der Kurzschluß bzw. die Berührung erkannt werden kann, wird der Schweißdraht 8 mit einer entsprechenden Spannung 14, wie bereits in der ersten Phase 12 oder 31 beschreiben, versorgt, wobei der Stromanstieg bei Auftreten des Kurzschlusses bzw. bei der Berührung unterbunden wird bzw. auf einen geringen Wert beschränkt wird, so daß eine abermalige Zündung des Lichtbogens 13 verhindert wird.

Durch dieses Übertragen des angeschmolzenen Materials, insbesondere des Tropfens vom Schweißdraht 8 auf den Ankerpunkt 4, wird erreicht, daß eine Vergrößerung des Kopfes 37 des Ankerpunktes 4 erzielt wird und gleichzeitig der Schweißdraht 8 ohne Nachbehandlung für die Bildung des nächsten pilzförmigen Ankerpunktes 4 verwendet werden kann, da eine sogenannte Reinigung des Schweißdrahtendes von überschüssigen Materialien durchgeführt wurde.

Durch ein derartiges Vorgehen wird auch erreicht, daß mehr Material in der selben Zeitdauer für die Erzeugung des Kopfes 37 eingesetzt wird, so daß eine größere Ausbildung des Kopfes 37 erzielt wird und somit noch größere Hintergreifungen 6 ausgebildet werden können.

Wie nun aus den einzelnen Abläufen zur Bildung eines kugelähnlichen oder pilzähnlichen Ankerpunktes 4 ersichtlich ist, wird der Ankerpunkt 4 durch einen einzigen zusammenhängenden Lichtbogen-Schweißprozeß aus einem handelsüblichen Schweißdraht 8 gebildet, wobei lediglich eine definierte Steuerung und/oder Regelung der Schweißparameter und des Drahtantriebes durchgeführt wird.

Grundsätzlich ist zu den beschriebenen Abläufen zu erwähnen, daß die Einstellungen der einzelnen Schweißparameter, insbesondere dessen Werte bzw. Höhe für den Strom 17, der Spannung 14, der Geschwindigkeit 15 des Drahtvorschubes und der weiteren nicht erwähnten Schweißparameter, von den verwendeten bzw. eingesetzten Materialien abhängig ist, so daß eine eindeutige Definition dieser Schweißparameter nicht vorgenommen wird. Im wesentlichen werden die einzelnen Schweißparameter durch Schweißversuch festgelegt und gespeichert, so daß durch einen einfachen Aufruf ein entsprechendes Schweißprogramm mit den Einstellungen, die jedoch noch verändert und angepaßt werden können, durchgeführt werden kann.

Selbstverständlich ist es möglich, daß einzelne Phasen der zuvor beschriebenen Abläufe auch durch andere Schweißverfahren realisiert werden können. Hierzu wird beispielsweise nachstehend ein Ablauf beschrieben, bei dem die erste Phase 31 durch einen Widerstandsschweißprozeß gebildet wird, um einen pilzähnlichen Ankerpunkt 4 zu bilden.

Hierzu ist der Schweißbrenner derartig ausgebildet, daß dieser ein variables Kontaktrohr 39 aufweist, d. h., daß das Kontaktrohr 39 am Beginn des Schweißprozesses im Endbereich des Schweißdrahtes 8, also am Schweißdrahtende, angeordnet ist, worauf diese zum Erreichen einer definierten Stickoutlänge des Schweißdrahtes 8 zurückgezogen werden. Der Ablauf zur Bildung des pilzförmigen Ankerpunktes 4 durch den Widerstandsschweißprozeß unterscheidet sich gegenüber den Ablauf, wie er in den Fig. 9 bis 11 beschrieben ist, nur darin, daß anstelle der Drahtbewegung für das Anschweißen des Schweißdrahtes 8 am Grundkörper 2 nunmehr eine entsprechende Bewegung des Kontaktrohres 39 mit dem Schweißdraht 8 durchgeführt wird, so daß ein Widerstandsschweißprozeß zur Befestigung des Schweißdrahtes 8 am Grundkörper 2 gebildet wird.

Das Abschmelzen des Schweißdrahtes 8 zur Bildung des Steges 33 und des Kopfes 37 wird, wie bereits zuvor in der zweiten und dritten Phase 32 und 36 beschrieben wurde, identisch durchgeführt, so daß auf diese Abläufe nicht mehr näher eingegangen wird.

Weiterhin ist es beispielsweise möglich, daß für die Bildung eines Ankerpunktes 4 der Schweißbrenner über ein Distanzelement einfach auf die Oberfläche 9 des Grundkörpers 2 aufgesetzt wird, so daß anschließend durch Start des Schweißprozesses ein vollautomatischer Ablauf zur Bildung des Ankerpunktes 4 durchgeführt wird, wobei hierzu der Benutzer lediglich den Schweißbrenner oder eine Schweißpistole über eine vorgegebene Zeitdauer, welche beispielsweise über ein Signallicht oder einen Warnton signalisiert wird, in der entsprechenden Position halten muß. Selbstverständlich ist es möglich, daß die Erzeugung großflächiger Haftschichten 3 aus lauter einzelnen Ankerpunkten 4 mit einem Roboter, insbesondere eine Schweißroboter, durchgeführt werden kann, wodurch eine gezielte Positionierung der einzelnen Ankerpunkte 4 ermöglicht wird.

Ein wesentlicher Vorteil liegt bei diesen Verfahren vor allem darin, daß bei beschädigten Verbundaufbauten 1 eine einfache Reparatur durchgeführt werden kann, da der Verbundaufbau 1, insbesondere die Gas- oder Dampfturbine, nicht mehr abgebaut und zur Reparatur versendet werden muß, sondern eine direkte Reparatur vor Ort vorgenommen werden kann, da die Bildung der Ankerpunkte 4 sowie die nachträgliche Neubeschichtung mit dem nichtmetallischen Material 5 überall möglich ist, da keine besonderen Geräte oder Vorrichtungen mehr benötigt werden. Für eine derartige Reparatur Vorort ist es lediglich notwendig, daß ein entsprechendes Schweißgerät mit einem Schweißbrenner vorhanden ist, da durch den programmierten Verfahrensablauf jeder Benutzer einen entsprechenden Ankerpunkt 4 bilden kann und somit erhebliche Kosteneinsparungen, wie der Transportkosten, der Stillstandskosten usw. eingespart werden können.

Hierzu ist zu erwähnen, daß bei diesem Verfahren der Schweißprozeß eine definierte Länge aufweist, in der sämtliche Steuerabläufe durchgeführt werden und zur Bildung eines neuerlichen Ankerpunktes 4 dieser Schweißprozeß lediglich wiederholt wird. Damit ist auch eine Reproduzierung des Schweißprozesses jederzeit ohne besondere Vorkenntnisse möglich.

Weiterhin ist es möglich, daß mit einer entsprechenden Vorrichtung gleichzeitig mehrere Ankerpunkte 4 auf der Oberfläche 9 des Grundkörpers 2 hergestellt werden können, so daß eine erhebliche Zeiteinsparung bei großflächigen Anordnungen der Ankerpunkte 4 erzielt werden kann.

Selbstverständlich ist es auch möglich, daß ein Verbundaufbau 1 mit anderen Formen von Ankerpunkten 4 aufgebaut werden kann. Hierzu ist es lediglich erforderlich, daß entsprechende Schweißprogramme für diese Ankerpunkte 4 geschaffen werden, so daß eine automatische Herstellung der Ankerpunkte 4 durchgeführt werden kann. Beispielsweise ist es möglich, daß mehrere kugelähnliche Ankerpunkte 4 mit unterschiedlichen Durchmessern 10 übereinander angeordnet werden, so daß sich eine baumähnliche Struktur mit entsprechenden Hintergreifungen 6 ergibt.

Wesentlich ist bei dem erfindungsgemäßen Verbundaufbau bzw. dem Herstellungsverfahren, daß die Haftschicht 3, insbesondere die Ankerpunkte 4, durch einen Schweißprozeß hergestellt werden, wobei die Form der Ankerpunkte 4 beliebig ist.

Weiterhin ist es möglich, daß zusätzlich zu dem Lichtbogen-Schweißprozeß ein Laser-Schweißprozeß integriert wird, also ein sogenannter Laser-Hybrid Schweißprozeß durchgeführt wird. Damit wird erreicht, daß über den Laserstrahl eine definierte Erwärmung bzw. Aufschmelzung des Grundkörpers 2 durchgeführt werden kann, wodurch eine exakte Positionierung des Lichtbogens 13 stattfindet und somit eine noch bessere Positionierung des Ankerpunktes erzielt wird. Hierzu wird der Laserstrahl derart ausgerichtet, daß die Erwärmung bzw. Aufschmelzung des Grundkörpers 2 direkt in der Achse des Schweißdrahtes 8 stattfindet.

Es ist auch möglich, daß bei einem derartigen Laser-Hybrid Schweißverfahren die Aufschmelzung des Grundkörpers 2 nur vom Laser, insbesondere von der Laserstrahlung, durchgeführt wird, und die Tropfenbildung am Schweißdraht 8 über einen indirekten Lichtbogen 13, also einem Lichtbogen 13 der nicht auf den Grundkörper 2 einwirkt, erfolgt. Hierzu weist der Schweißbrenner bevorzugt mehrere Elektroden auf, so daß ein Lichtbogen 13 bevorzugt abwechselnd zwischen dem Schweißdraht 8 und den einzelnen Elektroden im Schweißbrenner gezündet wird, wobei der gebildete Tropfen 21 am Schweißdraht 8 anschließend auf das vom Laser aufgeschmolzene Material positioniert wird.

Abschließend sei darauf hingewiesen, daß in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen einzelne Zustände bzw. Darstellungen unproportional dargestellt wurden, um das Verständnis der erfindungsgemäßen Lösung zu verbessern. Des weiteren können auch einzelne Zustände bzw. Darstellungen der zuvor beschriebenen Merkmalskombinationen der einzelnen Ausführungsbeispiele in Verbindung mit anderen Einzelmerkmalen aus anderen Ausführungsbeispielen eigenständige erfindungsgemäße Lösungen bilden.

Bezugszeichen

1

Verbundaufbau

2

Grundkörper

3

Haftschicht

4

Ankerpunkt

5

Nichtmetallisches Material

6

Hintergreifung

7

Schichtdicke

8

Schweißdraht

9

Oberfläche

10

Durchmesser

11

Höhe

12

Erste Phase

13

Lichtbogen

14

Spannung

15

Geschwindigkeit

16

Zeitpunkt

17

Strom

18

Zeitdauer

19

Zeitpunkt

20

Zweiten Phase

21

Tropfen

22

Benetzungsfläche

23

Zeitdauer

24

Dritte Phase

25

Zeitpunkt

26

Zeitpunkt

27

Vierte Phase

28

Zeitdauer

29

Fünfte Phase

30

Zeitpunkt

31

Erste Phase

32

Zweite Phase

33

Steg

34

Zeitpunkt

35

Zeitdauer

36

Dritte Phase

37

Kopf

38

Abstand

39

Kontaktrohr

40

Zeitpunkt

41

Zeitpunkt

Claims

1. Verfahren für die Herstellung von Verbundaufbauten (1) zwischen metallischen und nichtmetallischen Materialien, insbesondere für den Gas- und Dampfturbinenbau, wobei auf einer Oberfläche (9) eines metallischen Grundkörpers (2) eine Haftschicht (3) aufgebracht wird, auf die ein bevorzugt nichtmetallisches Material (5) aufgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftschicht (3) aus einzelnen Schweißpunkten bzw. Ankerpunkten(4) durch jeweils einen Schweißprozeß, insbesondere einen Lichtbogen-Schweißprozeß, hergestellt wird, wobei bei dem Schweißprozeß zur Bildung eines Schweißpunktes bzw. eines Ankerpunktes (4) die Abschmelzung eines bevorzugt endlosen Schweißdrahtes (8) derart erfolgt, daß der gebildete Schweißpunkt bzw. der Ankerpunkt (4) eine bevorzugte kugelähnliche oder eine pilzähnliche Form auf der Oberfläche (9) des Grundkörpers (2) ausbildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschmelzung des metallischen Materials vom Schweißdraht (8) durch einen einzigen Lichtbogen-Schweißprozeß erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Ankerpunkte (4) entsprechende Hintergreifungen (6) in Form von Freiräumen zwischen den Ankerpunkten (4) und dem Grundkörper (2) gebildet werden, in die sich das nichtmetallische Material (5) verkrallt.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch den bewußt gesteuerten Ablauf eines Schweißprozesses zur Bildung eines einzigen Ankerpunktes (4) bzw. eines Schweißpunktes erreicht wird, daß dadurch die Größe, die Höhe sowie die Form der Ankerpunkte (4) und eine entsprechende Positionierung der einzelnen Ankerpunkte (4) auf der Oberfläche (9) des Grundkörpers (2) definiert hergestellt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine sehr große Schichtdicke (7), beispielsweise zwischen 1 mm und 20 mm, für das aufzutragende nichtmetallische Material (5) gebildet wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch den gesteuerten Schweißprozeß eine Anpassung der Größe, insbesondere der Höhe (11) der Ankerpunkte(4) an die Schichtdicke (7) ermöglicht wird, wodurch unterschiedliche Verbundaufbauten (1) mit unterschiedlichen Schichtdicken (7) des nichtmetallischen Materials (5) hergestellt werden können.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablauf des Schweißprozesses zur Bildung eines Ankerpunktes (4) in mehreren Phasen (12, 20, 24, 27, 29, 31, 32, 36) unterteilt wird, wobei jedoch ein Ankerpunkt (4) bevorzugt durch einen einzigen durchgehenden Schweißprozeß, also ohne Schweißpause, gebildet wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Phase (12) des Schweißprozesses zur Bildung eines kugelähnlichen Ankerpunktes (4) die Zündung eines Lichtbogens (13) und das Aufschmelzen des Drahtelektrodenendes des Schweißdrahtes (8) erfolgt.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der anschließenden zweiten Phase (20) zur Bildung eines kugelähnlichen Ankerpunktes (4) der Schweißdraht (8) bzw. das Schweißdrahtende definiert angeschmolzen wird, so daß ein entsprechender Tropfen (21) am Schweißdraht (8) ausgebildet wird.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der dritten Phase (24) die Umkehrung der Schweißdrahtbewegung, also wiederum die Förderung in Richtung der Oberfläche (9) des Grundkörpers (2), nach der definierten Anschmelzung des Schweißdrahtes (8) eingeleitet wird.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der vierten Phase (27) beim Berühren bzw. beim Setzen des angeschmolzenen Schweißdrahtes (8) auf den Grundkörper (2) dieser neuerliche Kurzschluß durch einen abermaligen Einbruch der Spannung (14) erkannt wird, worauf eine abermalige Rückwärtsbewegung des Schweißdrahtes (8) eingeleitet wird.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der letzten Phase zur Bildung eines kugelförmigen Ankerpunktes (4), also in der fünften Phase (29) die Lösung des Kurzschlusses zwischen dem Schweißdraht (8), insbesondere des Tropfens (21), und dem Grundkörper (2) erfolgt.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Phase (31) zur Bildung eines pilzähnlichen Ankerpunktes (4) aus einem endlosen Schweißdraht (8) der ersten Phase (12) zur Bildung des kugelähnlichen Ankerpunktes (4) entspricht.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Phase (32) zur Bildung des pilzförmigen Ankerpunktes (4) nunmehr ein Steg (33) des Ankerpunktes (4) gebildet wird, wobei hierzu der Drahtvorschub umgekehrt wird.

15. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der dritten Phase (36) zur Bildung des pilzförmigen Ankerpunktes (4) ein Kopf (37) des pilzförmigen Ankerpunktes (4) gebildet wird.

16. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund der sogenannten Stickoutlänge des Schweißdrahtes (8), also der Austrittslänge des Schweißdrahtes (8) aus dem Kontaktrohr (39) des Schweißbrenners, die Länge des Steges (33) und die Größe des Kopfes (37) des pilzförmigen Ankerpunktes (4) definiert wird.

17. Verbundaufbau zwischen metallischen und nichtmetallischen Materialien, bei dem auf dem metallischen Material, insbesondere Grundkörper (2), eine Haftschicht (3) angeordnet ist, auf die das bevorzugt nichtmetallische Material (5) im flüssigen Zustand aufgetragen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftschicht (3) aus einzelnen Ankerpunkten (4) gebildet ist, wobei ein Ankerpunkt (4) aus einem endlosen Schweißdraht (8) durch einen Schweißprozeß gebildet ist.

18. Verbundaufbau nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerpunkt (4) einen Durchmesser von 0.5 mm bis 3 mm und/oder eine Höhe (11) von 0.5 mm bis 10 mm aufweist.

19. Verbundaufbau nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke (7) für das nichtmetallische Material (5) zwischen 1 mm und 20 mm beträgt.

20. Verbundaufbau nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (2) aus den Materialien IN 738, IN 939, MA 6000, PM 2000, CMSX-4, MARM 247 oder dgl. und die Ankerpunkte (4) aus den Materialien MCrAlY, SV 20, SV 34, Haynes 214, IN 625, 316 L oder dgl. bestehen.

21. Verbundaufbau nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerpunkt (4) eine kugelförmige oder eine pilzförmige Form aufweist.