DE102008007820A1

DE102008007820A1 - Verfahren zur Reparatur eines metallischen Hohlkörpers

Info

Publication number: DE102008007820A1
Application number: DE102008007820A
Authority: DE
Inventors: Bernd Kriegl
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2008-02-05
Filing date: 2008-02-05
Publication date: 2009-08-06
Also published as: US20090194247A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reparatur eines metallischen Hohlkörpers (10), insbesondere eines Bauteils einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerks, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Bereitstellung eines zu reparierenden Hohlkörpers (10) mit mindestens einer zu reparierenden Beschädigung (12) in einer, mindestens einen Hohlraum (18) des Hohlkörpers (10) umgebenden Wandung (14); b) Einfüllen einer aushärtbaren Füllmasse (16) in zumindest einen, die Beschädigung (12) der Wandung (14) aufweisenden Teilbereich des Hohlraums (18); c) Aushärten der Füllmasse (16); d) Entfernen einer vordefinierten Teilfläche (20) der Wandung (14) im Bereich der Beschädigung (12); e) Verschließen der Wandung (14) im Bereich der entfernten Teilfläche (20) durch Erzeugen eines Abdeckelements (22), wobei der metallische Werkstoff des Abdeckelements (22) dem metallischen Werkstoff der Wandung (14) entspricht oder ähnlich ist; und f) Entfernen der Füllmasse (16). Die Erfindung betrifft weiterhin ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren repariertes Bauteil einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerks.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reparatur eines metallischen Hohlkörpers, insbesondere eines Bauteils einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerks. Die Erfindung betrifft weiterhin ein mit dem genannten Verfahren repariertes Bauteil einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerks.
Die Reparatur eines metallischen Hohlkörpers, insbesondere eines Bauteils einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerks ist oftmals nur mit einem sehr hohen materiellen Aufwand möglich. Des Weiteren sind z. B. Schweiß- und Lötreparaturen von Rissen an gekühlten Lauf- und Leitschaufeln von Turbinen nur im begrenzten Maße zulässig, soweit deren Bauteilfestigkeit und Geometrie bzw. Zugänglichkeit entsprechende Reparaturen zulassen. Größere Beschädigungen entsprechender metallischer Hohlkörper müssen durch so genannte Patches bzw. Gussersatzteile repariert werden, sofern eine derartige Reparatur überhaupt möglich ist. Dabei ist die Beschaffung von z. B. einkristallinen, komplexen Gussersatzteilen schwierig und teuer, der Reparaturvorgang zudem aufwändig und äußerst unflexibel bei möglichen abweichenden, nicht zum Ersatzteil passenden Schadensbildern. Eine Reparatur, soweit überhaupt möglich, von metallischen Hohlkörpern, insbesondere eines Bauteils einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerks ist bisher nur mit einem hohen Kostenaufwand möglich.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein gattungsgemäßes Verfahren zur Reparatur eines metallischen Hohlkörpers, insbesondere eines Bauteils einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerks bereitzustellen, bei dem eine kostengünstige Reparatur des Hohlkörpers auch an schwer oder nicht zugänglichen Stellen mit komplexer Innengeometrie möglich ist.
Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Bauteil der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei dem eine kostengünstige Reparatur auch an schwer oder nicht zugänglichen Stellen eines hohlförmigen Bauteils möglich ist.
Gelöst werden diese Aufgaben durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einem Bauteil gemäß den Merkmalen des Anspruchs 17.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen beschrieben.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Reparatur eines metallischen Hohlkörpers, insbesondere eines Bauteils einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerks umfasst folgende Schritte:

a) Bereitstellung eines zu reparierenden Hohlkörpers mit mindestens einer zu reparierenden Beschädigung in einer, mindestens einen Hohlraum des Hohlkörpers umgebenden Wandung;
b) Einfüllen einer aushärtbaren Füllmasse in zumindest einen, die Beschädigung der Wandung aufweisenden Teilbereich des Hohlraums;
c) Aushärten der Füllmasse;
d) Entfernen einer vordefinierten Teilfläche der Wandung im Bereich der Beschädigung;
e) Verschließen der Wandung im Bereich der entfernten Teilfläche durch Erzeugen eines Abdeckelements durch Schweißen, Löten oder Angießen, wobei der metallische Werkstoff des Abdeckelements dem metallischen Werkstoff der Wandung entspricht oder ähnlich ist; und
f) Entfernen der Füllmasse. Durch das erfindungsgemäße Verfahren können z. B. Schweißreparaturen auch an Stellen von Hohlkörpern ausgeführt werden, die von innen nicht für eine Bearbeitung zugänglich sind, die Wiederherstellung der Neuteilgeometrie an diesen Stellen aber zwingend erforderlich ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die kostengünstige Reparatur von Hohlkörpern auch an schwer oder nicht zugänglichen Stellen mit komplexer Innengeometrie. Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass keine Nachbearbeitung im Inneren des Hohlkörpers erforderlich ist. Auf Ersatzgussteile mit einer vordefinierten Geometrie kann verzichtet werden, so dass das erfindungsgemäße Verfahren bei einer Vielzahl von Schadensbildern eingesetzt werden kann. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass es zu keinen Verunreinigungen des Innenraums des Hohlkörpers durch entsprechende Arbeitsvorgänge kommt.

In vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Füllmasse aus einer keramischen Pulverzubereitung unter Zugabe mindestens einer Flüssigkeit hergestellt. Die Füllmasse kann dabei Aluminiumoxide und/oder -silikate, Zirkoniumsilikate und/oder -oxide, Siliziumoxid, Siliziumkarbid, Yttriumoxide und/oder -silikate, Selten-Erden-Oxide und/oder -silikate und/oder organisch und/oder anorganische Bindemittel und/oder oberflächenaktive Stoffe und/oder Viskositätsmodifizierer enthalten. Die Flüssigkeit kann jede Flüssigkeit sein, die mit den pulverförmigen Feststoffen gemischt werden kann und eine fließfähige Masse ergibt. Dabei kann es sich z. B. um Wasser, Öle, Alkohole und ähnliches handeln. Das Einfügen der fließfähigen Füllmasse gemäß Verfahrensschritt b) erfolgt dabei mittels eines Gieß- oder Spritzvorgangs. Das Aushärten der in den oder die Hohlräume des Hohlkörpers eingefüllten Füllmasse gemäß Verfahrensschritt c) erfolgt in einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels einer Wärmebehandlung der Füllmasse. Insbesondere erfolgt ein Sintern der Füllmasse. Dabei kann die Dauer und die Temperatur des Sinterprozesses derart eingestellt werden, dass die Füllmasse zwar aushärtet, aber im Verfahrensschritt f) ohne Weiteres wieder entfernt werden kann. Durch die Wärmebehandlung erhält die Füllmasse keramikähnliche Eigenschaften.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt nach dem Verfahrensschritt d) eine Nachbearbeitung einer freigelegten Oberfläche der Füllmasse. Die Nachbearbeitung kann dabei z. B. mittels eines Schleifverfahrens erfolgen. Vorteilhafterweise ist damit z. B. bei offenen Beschädigungen das Erzeugen einer gewünschten, originalen Innengeometrie des Hohlkörpers möglich.
In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Verschließen der Wandung gemäß Verfahrensschritt e) mittels eines Hartlötverfahrens und/oder eines Schweißverfahrens unter Verwendung geeigneter Zusatzwerkstoffe. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein derartiges Verschließen mittels eines Hartlötverfahrens oder eines Schweißverfahrens auch an Stellen von Hohlkörpern möglich, die von innen nicht für eine Bearbeitung zugänglich sind.
In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Entfernen der Füllmasse mittels eines chemischen Auslaugverfahrens. Dabei können z. B. zum Auslaugen der Füllmasse konzentrierte Natrium- oder Kaliumhydroxidlösungen verwendet werden, die zusätzlich erwärmt werden. Insbesondere kann das Auslaugen in einem Autoklaven unter Hochdruck erfolgen. Der Auslaugprozess benötigt dabei weniger als 12 Stunden, da das Aushärten der Füllmasse bzw. das Sintern der Füllmasse derart über die Temperatur und Dauer einer Wärmbehandlung gesteuert wird, dass ein chemischer Angriff auf die ausgehärtete Füllmasse in dem genannten Zeitrahmen möglich ist. Neben einem chemischen Auslaugen sind auch andere, z. B. mechanische oder physikalische Verfahren zur Entfernung der Füllmasse denkbar.
In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt unmittelbar vor oder nach dem Verfahrensschritt f) eine Nachbearbeitung des Abdeckelements. Dabei kann die Nachbearbeitung z. B. mittels eines Schleif- und/oder Fräsverfahrens, insbesondere eines adaptiven Fräsverfahrens erfolgen. Auch andere Verfahren zur Nachbearbeitung des reparierten Hohlkörpers bzw. des Abdeckelementes sind denkbar. Durch die Nachbearbeitung der Reparaturstelle von außen kann diese ohne Weiteres an die Geometrie eines Neuteils angepasst werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor der Bereitstellung des zu reparierenden Hohlkörpers dieser gereinigt. Dadurch werden vorteilhafterweise insbesondere die Hohlräume des Hohlkörpers, in die die Füllmasse eingegossen wird optimal auf den Einfügvorgang vorbereitet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Hohlkörper eine gekühlte Lauf- oder Leitschaufel einer Turbine.
Ein erfindungsgemäßes Bauteil einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerks wird nach einem im vorhergehenden beschriebenen Verfahren repariert. Dabei kann das Bauteil eine gekühlte Lauf- oder Leitschaufel einer Turbine sein.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels. Dabei wird in der Figur das erfindungsgemäße Verfahren bei einer Ausführungsform des Hohlkörpers veranschaulicht. Bei dem Hohlkörper 10 handelt es sich in dem dargestellten Ausführungsbeispiel um eine Schaufel einer Gasturbine. Man erkennt, dass die Schaufel 10 Hohlräume 18 aufweist, die zumindest partiell mit einer Füllmasse 16 ausgefüllt worden sind. Die ausgehärtete Füllmasse 16 weist dabei keramische Eigenschaften auf. Man erkennt, dass die Schaufel 10 im obersten linken Bereich der Abbildung eine Beschädigung 12 aufweist. Bei der Beschädigung 12 handelt es sich um einen Ausbruch oder Riss, der durch eine entsprechende Beanspruchung dieses Bereichs entstanden ist. Auch andere Arten von Beschädigungen sind denkbar, z. B. Schäden die durch Oxidationseinwirkung auftreten können. Ausgehend von dieser Beschädigung 12 ist darunterliegend das Entfernen einer vordefinierten Teilfläche 20 einer Wandung 14 beispielhaft dargestellt. Die Teilfläche 20 soll dabei im Bereich der Beschädigung 12 entfernt werden, aus zeichentechnischen Gründen sind die einzelnen Verfahrensschritte an ein und derselben Schaufel 10 untereinander dargestellt.
Des Weiteren erkennt man, dass nach dem Entfernen der Teilfläche 20 ein Verschließen der Wandung 14 im Bereich der entfernten Teilfläche 20 durch Hinzufügen und Verbinden eines Abdeckelementes 22 erfolgt. Dabei ist der metallische Werkstoff des Abdeckelementes 22 dem metallischen Werkstoff der Wandung 14 ähnlich oder identisch. Das Verschließen der Wandung 14 kann mittels eines Hartlötverfahrens und/oder eines Schweißverfahrens oder lokales Anfgießen unter Verwendung geeigneter Zusatzwerkstoffe erfolgen. In einem abschließenden Verfahrensschritt ist die Nachbearbeitung des Abdeckelementes 22 dargestellt. Man erkennt, dass durch diese Nachbearbeitung die reparierte Stelle der Schaufel 10 bzw. das Abdeckelement 22 an die geforderte Bauteilgeometrie in diesem Bereich angepasst worden ist. Die Nachbearbeitung kann dabei mittels eines Schleif- oder Fräsverfahrens, insbesondere eines adaptiven Fräsverfahrens erfolgen. Die Nachbearbeitung kann unmittelbar vor oder nach dem Entfernen der Füllmasse 16 erfolgen. Die Schaufel 10 mit entfernter Füllmasse 16 ist dabei im unteren linken Bereich der Abbildung schematisch dargestellt.
Das Entfernen der Füllmasse 16 erfolgt gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel mittels eines chemischen Auslaugverfahrens.

Claims

Verfahren zur Reparatur eines metallischen Hohlkörpers (10), insbesondere eines Bauteils einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerks, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Bereitstellung eines zu reparierenden Hohlkörpers (10) mit mindestens einer zu reparierenden Beschädigung (12) in einer, mindestens einen Hohlraum (18) des Hohlkörpers (10) umgebenden Wandung (14); b) Einfüllen einer aushärtbaren Füllmasse (16) in zumindest einen, die Beschädigung (12) der Wandung (14) aufweisenden Teilbereich des Hohlraums (18); c) Aushärten der Füllmasse (16); d) Entfernen einer vordefinierten Teilfläche (20) der Wandung (14) im Bereich der Beschädigung (12); e) Verschließen der Wandung (14) im Bereich der entfernten Teilfläche (20) durch Erzeugen eines Abdeckelements (22) durch Schweißen, Löten oder Angießen, wobei der metallische Werkstoff des Abdeckelements (22) dem metallischen Werkstoff der Wandung (14) entspricht oder ähnlich ist; und f) Entfernen der Füllmasse (16).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllmasse (16) aus einer keramischen Pulverzubereitung unter Zugabe mindestens einer Flüssigkeit hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllmasse (16) Aluminiumoxide und/oder -silikate, Zirkoniumsilikate und/oder -oxide, Siliziumoxid, Siliziumkarbid, Yttriumoxide und/oder -silikate, Selten-Erden-Oxide und/oder -silikate und/oder organisch und/oder anorganische Bindemittel und/oder oberflächenaktive Stoffe und/oder Viskositätsmodifizierer enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einfüllen der Füllmasse (16) gemäß Verfahrensschritt b) mittels eines Gieß- oder Spritzvorgangs erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aushärten der Füllmasse (16) gemäß Verfahrensschritt c) eine Wärmebehandlung der Füllmasse (16) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sintern der Füllmasse (16) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verfahrensschritt d) eine Nachbearbeitung einer freigelegten Oberfläche der Füllmasse (16) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbearbeitung mittels Schleifen erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschließen der Wandung (14) gemäß Verfahrensschritt e) mittels eines Hartlötverfahrens und/oder eines Schweißverfahrens unter Verwendung geeigneter Zusatzwerkstoffe erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen der Füllmasse (16) mittels eines chemischen Auslaugverfahrens erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zum Auslaugen der Füllmasse (16) konzentrierte Natrium- oder Kaliumhydroxidlösungen verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslaugen in einem Autoklaven unter Hochdruck erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar vor oder nach dem Verfahrensschritt f) eine Nachbearbeitung des Abdeckelements (22) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbearbeitung mittels eines Schleif- und/oder Fräsverfahrens erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Bereitstellung des zu reparierenden Hohlkörpers (10) dieser gereinigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (10) eine gekühlte Lauf- oder Leitschaufel einer Turbine ist.
Bauteil einer Gasturbine oder eines Flugtriebwerks repariert nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15.
Bauteil nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine gekühlte Lauf- oder Leitschaufel einer Turbine ist.