DE102008018708A1

DE102008018708A1 - Verfahren zum Schweißen in Abhängigkeit einer Vorzugsrichtung des Substrats

Info

Publication number: DE102008018708A1
Application number: DE102008018708A
Authority: DE
Inventors: Selim Dr. Mokadem; Norbert Pirch
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Siemens AG
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Siemens AG
Priority date: 2008-04-14
Filing date: 2008-04-14
Publication date: 2009-10-22
Also published as: WO2009144077A1; EP2262608A1; US20110031226A1; US9044825B2; CN102056701A

Abstract

Schweißreparaturen werden oft an gerichtet erstarrten Bauteilen durchgeführt, die jedoch oft nicht die gewünschte kristallographische Ausrichtung einer Oberfläche aufweisen, was die mechanische Festigkeit herabsetzt. Das erfindungsgemäße Verfahren schlägt vor, die Verfahrrichtung (25) in Abhängigkeit von der kristallographischen Vorzugsrichtung (7) des Substrats (4) so zu wählen, so dass keine Missorientierungen mehr auftreten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schweißen eines Substrats, das eine Vorzugsrichtung aufweist.
Schweißen ist ein häufig verwendetes Reparaturverfahren, um Risse zu schließen oder um Material aufzutragen. Als Energiequelle wird dabei oft ein Laser verwendet. Das Laserschweißverfahren wird auch verwendet, um gerichtet erstarrte Bauteile, wie zum Beispiel Turbinenschaufeln der größten Gasturbine zu reparieren, nachdem sie im Einsatz waren und gegebenenfalls durch außergewöhnlich starke Belastung Risse aufweisen. Dies können Bauteile mit kolumnar erstarrten Körnern (DS) sein, aber auch Einkristalle (SX).
Das Bauteil weist also eine bestimmte kristallographische Vorzugsrichtung in der Kristallstruktur auf. Das Erstarrungsverhalten des Materials, das dieselbe Ausrichtung wie das Substrat beim Laserschweißen halten soll, hängt ab von der Zusammensetzung der Legierung des Temperaturgradienten und der Erstarrungsgeschwindigkeit. Für eine bestimmte Legierung gibt es Diagramme dazu, wie die Struktur sich in Abhängigkeit von dem Temperaturgradienten und der Erstarrungsgeschwindigkeit entwickelt.
Trotzdem kommt es häufig zum Wachstum von Körnern in einer ungewünschten Richtung.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, dieses Problem zu überwinden.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2.
In den Unteransprüchen werden weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.
Es zeigen:
1 bis 6 ein Substrat beim Laserumschmelzen,
7 eine Gasturbine,
8 perspektivisch eine Turbinenschaufel,
9 perspektivisch eine Brennkammer und
10 eine Liste von Superlegierungen.
Die Figuren und die Beschreibung stellen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
1 zeigt im Querschnitt ein Bauteil 1, 120, 130 (8, 10), 155 (9) mit einem Substrat 4, das insbesondere bei Turbinenschaufeln für Gas 100 – (7) oder Dampfturbinen eine Superlegierung gemäß 10 aufweist.
Das Substrat 4 weist eine gerichtet erstarrte Struktur auf, das heißt es kann aus stängelförmigen, kolumnar erstarrten Körnern (DS) oder aus einem Einkristall (SX) bestehen. Die Pfeile 7, 22 geben die kristallographischen Vorzugsrichtungen des Substrats 4 an, also des Einkristalls oder der kolumnaren Körner, (bspw.: [001] = 7, [010] = 22).
Das Substrat 4 weist einen Riss (nicht dargestellt) auf. Das Substrat 4 wird daher im Bereich des Risses aufgeschmolzen (umgeschmolzen), wobei der aufgeschmolzene Bereich (Schmelze 19, 3, 4) wieder gerichtet erstarrt in DS oder SX Struktur erstarren soll.
Ebenso kann das Substrat 4 eine Stelle (zu dünne Wand, nicht dargestellt) aufweisen, die durch Auftragsschweißen (d. h. Zufuhr von Material ist erforderlich), insbesondere Laserauftragsschweißen verstärkt werden soll.
2 zeigt eine Linie 10 oder Erstarrungsfront, die einen Übergang zwischen einer Schmelze 19 und der bereits aus einer Schmelze erstarrten Zone 24 sowie einen noch umzuschmelzenden Bereich 23 aufzeigt.
Das Substrat 4 bewegt sich entlang einer Richtung 25 in der Zeichnung von links nach rechts, so dass sich die Erstarrungsfront 10 in der Zeichnung von rechts nach links ausbreitet entgegen der Richtung 25.
Ebenso kann anstelle des Substrats 4 nur das Schweißgerät 31 verfahren werden.
Die Erstarrungsfront 10 ist dann der in der 2 rechte Teil der ellipsenförmigen Linie 10, die die Schmelze 19 umfasst. Die Linie 10 ist nur beispielhaft. Die Linie 10 kann auch andere Formen aufweisen.
In Abhängigkeit von der Tiefe t entlang der Richtung 28 (Senkrechte nach unten auf der Oberfläche 16) der Linie 10 gibt es in Abhängigkeit zur Nähe der Oberfläche 16 des Substrats 4 Temperaturgradienten 13, 13', die verschieden orientiert sind. Der Temperaturgradient 13, 13' steht hier nahezu senkrecht auf der Erstarrungsfront 10.
In 3 (sowie in 4) sind dann ausgehend von der 2 noch Winkel Ψ1, Ψ1' und Ψ2, Ψ2' eingezeichnet, wobei Ψ1, Ψ1' die Winkel zwischen der Vorzugsrichtung 7 und den Temperaturgradienten 13, 13' sind und Ψ2, Ψ2' die Winkel zwischen den Temperaturgradienten 13, 13' und einer zweiten kristallographischen Richtung 22 (steht senkrecht auf Vorzugsrichtung 7).
Hier bewegt sich das Substrat 4 in der Zeichnung von links nach rechts.
In 3 kommt es beim Wachstum aus der Schmelze 19 zu einem Wechsel in der Dendritenwachstumsrichtung, da an der Oberfläche 16 Ψ2 < Ψ1 gilt, so dass die kristallographische Richtung 22 energetisch begünstigt ist, die von der Oberfläche 16 nach unten gerichtet ist und die Dendriten wachsen in einer zweiten kristallographischen Richtung 22 von der Oberfläche 16, so dass Sekundärkörner im Bereich der Oberfläche entstehen.
Weiter tiefer kann gelten: Ψ2' > Ψ1' und die Richtung 7 wird bevorzugt.
Das Problem entsteht erst, wenn eine Dendritenwachstumsrichtung an der Oberfläche 16 favorisiert wird, die von der Oberfläche 16 in Schmelze 19 gerichtet ist. Von der Oberfläche 16 ist ein epitaktisches Wachstum per Definition nicht möglich, weil dort kein Substrat vorhanden ist, das als Keim für die Dendriten wirken kann. Vielmehr wird das Fortschreiten der fest/flüssigen Phasengrenze an der Oberfläche 16 unter diesen Bedingungen über die Ausbildung von Sekundär-, Tertiär- usw. armen realisiert. Das ist zu langsam gegenüber der Wachstumsrate der Keime vor der Erstarrungsfront. Irgendwann setzt sich einer von diesen Keimen gegenüber den epitaktisch gewachsenen Dendriten durch und es entstehen Dendritenwachstumsrichtungen, die in keiner Korrelation zu denen im Substrat 4 liegen.
Das Problem des Verlustes der Epitaxie tritt also immer dann auf, wenn die an der Oberfläche 16 favorisierten Kristallrichtungen 7, 22 nicht parallel zur Oberfläche 16 ausgerichtet sind. Diese für das Dendritenwachstum favorisierten Kristallrichtungen 7, 22 sind unabhängig von der Verfahrrichtung 25. Diese Kristallrichtungen können aber von den Dendriten für ihr Wachstum in zwei Richtungen genutzt werden.
Zur Vermeidung des Verlustes der Epitaxie muss die Verfahrrichtung 25 so gewählt werden, dass von den an der Oberfläche 16 auf der Erstarrungsfront 10 favorisierten Kristallrichtungen 7, 22 (hier 22) eine Dendritenwachstumsrichtung initialisiert wird, die eine Projektion (Vektoren P22, P7 = Projektionen von 7, 22 auf Oberflächennormale nn₀ →) in Richtung zur Oberflächennormalen nn₀ → (5) aufweisen.
Durch Wahl der Verfahrensrichtung 25 in 4, nämlich in der Zeichnung von rechts nach links, wird die kristallogra phische Richtung, hier 22, bevorzugt, die nicht von der Oberfläche 16 nach unten gerichtet ist.
Dies gilt vorzugsweise auf der gesamten Erstarrungsfront 10, also der Linie 10 zwischen Schmelzpool 19 und dem bereits erstarrten Bereich 24.
Beide kristallographischen Richtungen 7, 22 sind zulässig und erwünscht. Es geht hier eigentlich um den Verlust des epitaktischen Wachstums, das dazu führt, dass die Kristallorientierung im Schweißgut vollständig verloren geht (6: Vektor P22 entgegengesetzt zu nn₀ → = 3). Dies kann man verhindern, indem man verhindert, dass eine Dendritenwachstumsrichtung begünstigt wird, die von der Oberfläche 16 nach unten gerichtet ist.
Die 7 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt.
Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotationsachse 102 drehgelagerten Rotor 103 mit einer Welle 101 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird.
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.
Die Ringbrennkammer 110 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Turbine 108.
Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei Schaufelringen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums 113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufelreihe 115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete Reihe 125.
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.
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 verdichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 bereitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 geführt 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.
Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmittels gekühlt werden.
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 Turbinenschaufel 120, 130 und Bauteile der Brennkammer 110 werden beispielsweise eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Superlegierungen verwendet.
Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 B1 , EP 1 306 454 , EP 1 319 729 A1 , WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt.
Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion (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 Silizium, Scandium (Sc) und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden bzw. Hafnium). Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 B1 , EP 0 786 017 B1 , EP 0 412 397 B1 oder EP 1 306 454 A1 .
Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, und besteht beispielsweise aus ZrO₂, Y₂O₃-ZrO₂, d. h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid. Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z. B. Elektronenstrahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.
Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehäuse 138 der Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht dargestellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt.
Die 8 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschaufel 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.
Die Schaufel 120, 130 weist entlang der Längsachse 121 aufeinander folgend einen Befestigungsbereich 400, eine daran angrenzende Schaufelplattform 403 sowie ein Schaufelblatt 406 und eine Schaufelspitze 415 auf.
Als Leitschaufel 130 kann die Schaufel 130 an ihrer Schaufelspitze 415 eine weitere Plattform aufweisen (nicht dargestellt).
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 ausgestaltet. Andere Ausgestaltungen als Tannenbaum- oder Schwalbenschwanzfuß sind möglich.
Die Schaufel 120, 130 weist für ein Medium, das an dem Schaufelblatt 406 vorbeiströmt, eine Anströmkante 409 und eine Abströmkante 412 auf.
Bei herkömmlichen Schaufeln 120, 130 werden in allen Bereichen 400, 403, 406 der Schaufel 120, 130 beispielsweise massive metallische Werkstoffe, insbesondere Superlegierungen verwendet.
Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 B1 , EP 1 306 454 , EP 1 319 729 A1 , WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt.
Die Schaufel 120, 130 kann hierbei durch ein Gussverfahren, auch mittels gerichteter Erstarrung, durch ein Schmiedeverfahren, durch ein Fräsverfahren oder Kombinationen daraus gefertigt sein.
Werkstücke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen werden als Bauteile für Maschinen eingesetzt, die im Betrieb hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen ausgesetzt sind.
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 Sprach gebrauch nach, als gerichtet erstarrt bezeichnet werden) oder eine einkristalline Struktur, d. h. das ganze Werkstück besteht aus einem einzigen Kristall. In diesen Verfahren muss man den Übergang zur globulitischen (polykristallinen) Erstarrung meiden, da sich durch ungerichtetes Wachstum notwendigerweise transversale und longitudinale Korngrenzen ausbilden, welche die guten Eigenschaften des gerichtet erstarrten oder einkristallinen Bauteiles zunichte machen.
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).
Solche Verfahren sind aus der US-PS 6,024,792 und der EP 0 892 090 A1 bekannt.
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), Nickel (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 B1 , EP 0 786 017 B1 , EP 0 412 397 B1 oder EP 1 306 454 A1 .
Die Dichte liegt vorzugsweise bei 95% der theoretischen 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-8Al-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-11Al-0,4Y-2Re oder Ni-25Co-17Cr-10Al-0,4Y-1,5Re.
Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, die vorzugsweise die äußerste Schicht ist, und besteht beispielsweise aus ZrO₂, Y₂O₃-ZrO₂, d. h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid. Die Wärmedämmschicht bedeckt die gesamte MCrAlX-Schicht. Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z. B. Elektronenstrahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.
Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z. B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärmedämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen. Die Wärmedämmschicht ist also vorzugsweise poröser als die MCrAlX-Schicht.
Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Bauteile 120, 130 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 im Bauteil 120, 130 repariert. Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung 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 angedeutet) auf.
Die 9 zeigt eine Brennkammer 110 einer Gasturbine. Die Brennkammer 110 ist beispielsweise als so genannte Ringbrennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Umfangsrichtung 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 ermöglichen, ist die Brennkammerwand 153 auf ihrer dem Arbeitsmedium M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen 155 gebildeten Innenauskleidung versehen.
Jedes Hitzeschildelement 155 aus einer Legierung ist arbeitsmediumsseitig mit einer besonders hitzebeständigen Schutzschicht (MCrAlX-Schicht und/oder keramische Beschichtung) 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 Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf). Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 B1 , EP 0 786 017 B1 , EP 0 412 397 B1 oder EP 1 306 454 A1 .
Auf der MCrAlX kann noch eine beispielsweise keramische Wärmedämmschicht vorhanden sein und besteht beispielsweise aus ZrO₂, Y₂O₃-ZrO₂, d. h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z. B. Elektronenstrahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.
Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z. B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärmedämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen.
Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Hitzeschildelemente 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. Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung der Hitzeschildelemente 155 und ein erneuter Einsatz der Hitzeschildelemente 155.
Aufgrund der hohen Temperaturen im Inneren der Brennkammer 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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1204776 B1 [0046, 0058]
- EP 1306454 [0046, 0058]
- EP 1319729 A1 [0046, 0058]
- WO 99/67435 [0046, 0058]
- WO 00/44949 [0046, 0058]
- EP 0486489 B1 [0047, 0065, 0076]
- EP 0786017 B1 [0047, 0065, 0076]
- EP 0412397 B1 [0047, 0065, 0076]
- EP 1306454 A1 [0047, 0065, 0076]
- US 6024792 [0064]
- EP 0892090 A1 [0064]

Claims

Verfahren zum Schweißen eines gerichtet erstarrten (DS, SX) Bauteils (120, 130, 155), bei dem ein Substrat (4) des Bauteils (1, 120, 130, 155) kristallographische Vorzugsrichtungen (7, 22) aufweist und bei dem eine Energiequelle (28) und/oder das Substrat (4) entlang einer Verfahrrichtung (25) verfahren wird, bei dem eine Linie (10) eine Erstarrungsfront von einer Schmelze (19) und einem erstarrten Bereich (24) aus einer Schmelze darstellt, bei dem die Schmelze (19) auf der Erstarrungsfront (10) Temperaturgradienten (13, 13') aufweist, wobei ein Winkel (Ψ1, Ψ1') definiert ist zwischen einer ersten Vorzugsrichtung (7) des Substrats (4) und dem Temperaturgradienten (13, 13') auf der Erstarrungsfront (10) und ein Winkel (Ψ2, Ψ2') zwischen dem Temperaturgradienten (13, 13') und einer zweiten Vorzugsrichtung (22) auf der Erstarrungsfront (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (4) und die Energiequelle (28) so verfahren werden, dass an der Oberfläche (16) die Vorzugsrichtung (7, 22) mit dem kleineren Winkel (Ψ1, Ψ2) zu dem Temperaturgradienten (13) nicht in das Innere des Bauteils (120, 130, 155) gerichtet ist.
Verfahren zum Schweißen eines gerichtet erstarrten (DS, SX) Bauteils (120, 130, 155), bei dem ein Substrat (4) des Bauteils (1, 120, 130, 155) kristallographische Richtungen (7, 22) aufweist und bei dem eine Energiequelle (28) und/oder das Substrat (4) entlang einer Verfahrrichtung (25) verfahren wird, bei dem eine Linie (10) eine Erstarrungsfront von einer Schmelze (19) und einem erstarrten Bereich (24) aus einer Schmelze darstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrrichtung (25) so gewählt wird, dass von den an der Oberfläche (16) auf der Erstarrungsfront (10) favorisierten Richtungen (22) eine Dendritenwachstumsrichtung initialisiert wird, die eine Projektion in Richtung zur Oberflächennormalen (nn₀ →) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem nur die Energiequelle (25) verfahren wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem nur das Substrat (4) verfahren wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, bei dem ein Laser zum Umschmelzen verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, bei dem das Bauteil (4, 120, 130, 155) aus kolumnar erstarrten Körnern (DS) besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, bei dem das Bauteil eine einkristalline Struktur (SX) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, bei dem über die gesamte Erstarrungsfront (10) die gleiche kristallographische Richtung (7,22) den kleinsten Winkel (Ψ1, Ψ2, Ψ1', Ψ2') mit den Temperaturgradienten (13, 13') bildet.