DE102006033298A1

DE102006033298A1 - Verfahren zur Herstellung oder Reparatur von als BLISK ausgeführten Verdichtern für ein Gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE102006033298A1
Application number: DE102006033298A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Haubold
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2006-07-17
Filing date: 2006-07-17
Publication date: 2008-01-24

Abstract

Bei der Herstellung oder Reparatur von BLISKs mit kleinen Schaufeln wird an die an die Scheibe angeformten oder an dieser verbliebenen, als Anschweißfläche fungierenden Schaufelfüße (3) jeweils ein Schaufelansatzstück (4) aus einem der Schaufelendkontur nahen, vorgeformten Blechzuschnitt, Stangenabschnitt oder Schmiedeteil durch Schmelzschweißen unmittelbar angeformt und anschließend eine lokale Wärmebehandlung sowie eine Fertigbearbeitung der Schaufel vorgenommen. Bei einer Verbindung durch Reibrührschweißen kann die Wärmebehandlung entfallen. Das mit geringem Vorrichtungs-, Fertigungs- und Materialaufwand durchgeführte Verfahren ist auch bei geringer Schaufelgröße anwendbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung oder Reparatur von als BLISK ausgeführten Verdichtern für ein Gasturbinentriebwerk, die eine oder mehrere miteinander verbundene Scheiben mit an diese durch Schweißen integral angeformten Schaufeln umfassen.
Die Verdichter von Flugzeugtriebwerken werden u.a. in BLISK-Bauweise ausgeführt, bei der die Rotorscheibe bzw. eine Rotortrommel aus miteinander verbundenen Scheiben und die Rotorschaufeln als integrales Bauteil ausgebildet sind. Gegenüber den Verdichtern mit separat gefertigten und an der Rotorscheibe lösbar angebrachten Verdichterschaufeln sind die einstückig gefertigten BLISKs aufgrund der höheren mechanischen Belastbarkeit und des sich daraus ergebenden geringeren Triebwerksgewichts von Vorteil. Als BLISK ausgebildete Verdichter zeichnen sich zudem durch optimale Strömungsführung und hohen Verdichterwirkungsgrad aus.
Die Herstellung von in BLISK-Bauweise gefertigten Verdichtern erfolgt bekanntermaßen durch Fräsen aus Vollmaterial oder durch Anschweißen der Schaufeln an die Scheibe mittels linearem Reibschweißen. Während die beispielsweise in der US 6 219 916 oder der EP 1 535 692 beschriebene Herstellung von BLISKs durch lineares Reibschweißen nur bei entsprechend groß dimensionierten Schaufeln möglich ist und ein bestimmtes Bauteildesign sowie eine aufwändige Vorrichtungskonzeption erfordert, können zwar durch Fräsen aus Vollmaterial BLISKs in jeder gewünschten Größe und Gestaltung gefertigt werden, jedoch sind in diesem Fall der Bearbeitungsaufwand und der Materialeinsatz hoch. Das in der DE 10 2004 032 461 A1 beschriebene Verfahren zur Herstellung oder Reparatur von BLISKs setzt die Bereitstellung standardisierter Schaufelteile voraus, die an der zur Herstellung der Schweißverbindung vorgesehenen Anschlussseite unter Bildung eines Schweißspaltes eine zur Fixierung des Schaufelblattes und zur Halterung von Bearbeitungsvorrichtungen angeformte Fixierleiste aufweisen. Die Fertigung derartiger Schaufelteile und die anschließende mechanische Bearbeitung sind mit einem hohen Arbeits-, Vorrichtungs- und Kostenaufwand verbunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein auf dem Anschweißen endkonturnaher Schaufeln basierendes Verfahren zur Herstellung oder zur Reparatur von BLISKs anzugeben, das bei kleinen Schaufelgrößen anwendbar ist, kein spezifisches Schaufeldesign und keine aufwändige Vorrichtungskonzeption erfordert.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass bei der Herstellung oder der Reparatur einer BLISK an die an die Scheibe angeformten oder an dieser verbliebenen, als Anschweißfläche fungierenden Schaufelfüße Schaufelansatzstücke aus einem der fertigen Schaufelkontur nahen, vorgeformten Blechzuschnitt, Stangenabschnitt oder Schmiedeteil durch Schmelzschweißen unmittelbar angeformt werden und anschließend eine Wärmebehandlung im Schweißnahtbereich sowie eine spanende oder elektrochemische Fertigbearbeitung der angeformten Schaufelansatzstücke erfolgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt auch die Herstellung und Reparatur von BLISKs mit kleinen Schaufeln mit geringem Vorrichtungs- und Fertigungsaufwand sowie sparsamem Materialeinsatz. Die Materialkosten und die Bearbeitungszeit werden deutlich reduziert. Zudem können unterschiedliche Werkstoffe miteinander kombiniert und damit die Materialeigenschaften optimal ausgenutzt werden.
In Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Verbindung zwischen Schaufelfuß und Schaufelansatzstück durch Laser- oder Elektronenstrahlschweißen. Bei der weiterhin mögliche Verbindung durch Reibrührschweißen kann die ansonsten erforderliche Wärmebehandlung der Schweißnaht entfallen. Auch eine Lötverbindung zwischen Schaufelfuß und Schaufelansatzstück ist denkbar.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert:
Aus einem scheibenförmigen Schmiederohling wird zunächst eine Vordrehkontur 1 hergestellt, die nach Durchführung einer Ultraschallprüfung durch elektrochemisches Bearbeiten oder mechanische Bearbeitung, z.B. Fräsen auf die fertige Scheibenkontur 2 mit Schaufelfüßen 3 gebracht wird. An der freien Anschlusskante der Schaufelfüße 3 wird nun durch Schmelzschweißen, im vorliegenden Fall Laserstrahlschweißen, jeweils ein Schaufelansatzstück 4 (Patch) angebracht, dessen Kontur etwa der Form der fertigen Schaufel 5 entspricht, jedoch mit einem für die mechanische Fertigbearbeitung erforderlichen Aufmaß 6. Die Verbindung zwischen dem Schaufelansatzstück 4 und dem Schaufelfuß 3 kann auch durch Elektronenstrahlschweißen oder Reibrührschweißen oder auch durch Löten hergestellt werden. Das Schaufelansatzstück 4 kann ein vorgeformter Blechzuschnitt, ein von einer Stange abgetrennter Abschnitt oder auch ein Schmiedestück sein. Der verwendete Werkstoff kann entweder mit dem der Scheibe übereinstimmen oder auch aus einem anderen, beispielsweise kostengünstigeren Material mit ausreichender Festigkeit bestehen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde für die Scheibe Ti 6246 verwendet, während das Schaufelansatzstück aus der kostengünstigen Legierung Ti 64 besteht. Die Schweißanschlussseite des Schaufelansatzstückes 4 ist planparallel zur Anschweißfläche des Schaufelfußes 3 der Scheibe ausgebildet. Die durch Laser- oder Elektronenstrahlschweißen hergestellte Schweißnaht 7 bzw. der betreffende Schweißnahtbereich wird zum Spannungsarmglühen örtlich wärmebehandelt. Nach Prüfung der Schweißnaht 7 wird das Schaufelansatzstück durch mechanische oder elektrochemische Verfahren fertig bearbeitet.

1: Vordrehkontur
2: Scheibenkontur
3: Schaufelfuß
4: Schaufelansatzstück
5: Schaufel
6: Fertigbearbeitungsaufmaß
7: Schweißnaht

Claims

Verfahren zur Herstellung von als BLISK ausgeführten Verdichtern für ein Gasturbinentriebwerk, die mehrere miteinander verbundene Scheiben mit an diese durch Schweißen integral angeformten, insbesondere klein dimensionierten Schaufeln umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem Schmiederohling durch elektrochemische oder spanende Bearbeitung Scheiben in der vorgesehenen Endkontur (2) mit am Umfang angeformten, als Anschweißfläche dienenden Schaufelfüßen (3) hergestellt und des Weiteren Schaufelansatzstücke (4) mit einem bestimmten Fertigbearbeitungsaufmaß (6) und in auf die Schaufelendkontur abgestimmter Größe bereitgestellt werden, und die Schaufelansatzstücke () mit den Schaufelfüßen (3) an planparallel ausgebildeten Anschweißflächen durch Schmelzschweißen mit anschließendem Spannungsarmglühen oder durch Reibrührschweißen miteinander verbunden werden und danach eine spanende oder elektrochemische Fertigbearbeitung der Schaufeln (5) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaufelansatzstück (4) ein entsprechend der vorgesehenen Schaufelendkontur zugeschnittener, gebogener bzw. gewölbter Blechzuschnitt oder Stangenabschnitt oder ein Schmiedeteil ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaufelansatzstück (4) aus dem Scheibenmaterial oder einem anderen, den mechanischen Anforderungen genügenden Werkstoff besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißverbindung durch Elektronen- oder Laserstrahlschweißen hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, das es in gleicher Weise zur Reparatur beschädigter Schaufeln angewendet wird, wobei die beschädigte Schaufel bis auf einen als Anschweißfläche verbleibenden Schaufelfuß (3) abgeschnitten wird.