DE102017220763A1 - Cladding with powdery filler under water - Google Patents

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Abstract

Durch das Auftragschweißen unter Wasser (13) wird kein Prozessgas mehr benötigt und höhere Abkühlraten sind möglich.Contract welding under water (13) no longer requires process gas and higher cooling rates are possible.

Description

Die Erfindung betrifft ein Auftragschweißen mit pulverförmigem Zusatzwerkstoff unter Wasser.The invention relates to an overlay welding with powdered filler material under water.

Auftragschweißverfahren werden häufig durchgeführt an Bauteilen, um einen Materialverlust auszugleichen. Dabei können Pulver- oder drahtförmige Zusatzwerkstoffe verwendet werden.Cladding processes are often performed on components to compensate for material loss. In this case, powder or wire-shaped filler materials can be used.

Als Energiequelle können ein Plasma-, ein Laser- oder ein Elektronenstrahl verwendet werden. Dabei ist oft ein Einsatz von Schutzgasen notwendig.As a power source, a plasma, a laser or an electron beam can be used. This often requires the use of protective gases.

Bei schwer schweißbaren Werkstoffen wie nickel- oder kobaltbasierten Superlegierungen ist eine hohe Abkühlrate notwendig um ein feines Korn im geschweißten Gefüge zu erreichen.For hard-to-weld materials such as nickel- or cobalt-based superalloys, a high cooling rate is necessary to achieve a fine grain in the welded structure.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genanntes Verfahren zu verbessern.It is therefore an object of the invention to improve the above-mentioned method.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und Vorrichtung gemäß Anspruch 2.The object is achieved by a method according to claim 1 and apparatus according to claim 2.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.In the dependent claims further advantageous measures are listed, which can be combined with each other in order to achieve further advantages.

Zur Lösung wird vorgeschlagen ein Laserstrahl-Auftragschweißen mit pulverförmigen Zusatzwerkstoff unter Wasser bzw. mit einem Wasserstrahl.To solve the proposed laser beam buildup welding with powdered filler material under water or with a water jet.

Prozessbeschreibung (optimal):

  • - ein Laserstrahl-Auftragschweißen mit pulverförmigen Zusatzwerkstoff wird in einem Wasserbad oder in einem Wasserstrahl durchgeführt
  • - ein pulverförmiger Zusatzwerkstoff wird durch eine Wasserleitung über eine Düsentechnologie zum Schmelzbad geführt
  • - Fokussierung / Führung des pulverförmigen Zusatzwerkstoffs zur Laserstrahlung wird über eine Umlenkung oder durch eine Absaugung in die koaxialen Düsentechnologie hinein erzielt
  • - durch eine Rückführung des nicht aufgeschweißten Pulverwerkstoffs zum Pulverfördersystem wird eine Wiederverwendung des Pulverwerkstoffs ermöglicht
  • - bei dem Prozess werden zur Abschirmung des Schmelzbads keine Schutzgase wie Helium oder Argon eingesetzt.
Process description (optimal):
  • - Laser deposition welding with powdered filler material is carried out in a water bath or in a water jet
  • - A powdered filler is passed through a water pipe via a nozzle technology to the molten bath
  • - Focusing / guiding the powdery filler material to the laser radiation is achieved via a deflection or by an extraction in the coaxial nozzle technology inside
  • - By a return of the non-welded powder material to the powder delivery system reuse of the powder material is made possible
  • - In the process, no shielding gases such as helium or argon are used to shield the molten bath.

Vorteile sind:

  • - Keine Schutzgase für Prozess notwendig
    • → Einsparung von Kosten für Argon, Helium
    • → keine Absaugung erforderlich
  • - Höhere Abkühlgeschwindigkeit im Vergleich mit konventionellen Laserstrahl-Auftragschweißen unter Schutzgas
    • → feineres Korn im geschweißten Gefüge
  • - Rückführung der nicht auftraggeschweißte Pulverwerkstoffs zum Fördersystem
    • → kleinerer Verlust an Zusatzwerkstoff im Vergleich zu konventionellen Auftragschweißen.
Advantages are:
  • - No protective gases necessary for process
    • → saving on costs for argon, helium
    • → no extraction required
  • - Higher cooling rate compared to conventional laser cladding under inert gas
    • → finer grain in the welded structure
  • - Return of the non-welded powder material to the conveyor system
    • → smaller loss of filler material compared to conventional build-up welding.

Es zeigt die Figur schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The figure shows schematically the device according to the invention 1 for carrying out the method according to the invention.

Die Vorrichtung 1 weist eine Energiequelle, insbesondere einen Laser (nicht näher dargestellt) auf, der einen Energiestrahl 19, insbesondere einen Laserstrahl 19 erzeugen kann. Ebenso können hier andere Energiestrahlen, wie z.B. ein Elektronenstrahl verwendet werden.
Der beispielhafte Laserstrahl 19 dringt insbesondere durch ein Fenster 40 in eine Düse 16 ein und gelangt am anderen Ende 37 der Düse 16 zum Fokuspunkt oder zum Schmelzbad 10. Zwischen Fenster 40 und Ende 37 der Düse 16 ist vorzugsweise ebenfalls Wasser vorhanden, das nachgeführt wird, da es am Ende 37 aus der Düse 16 austritt.
The device 1 has an energy source, in particular a laser (not shown in detail), which has an energy beam 19 , in particular a laser beam 19 can generate. Likewise, other energy beams, such as an electron beam can be used here.
The exemplary laser beam 19 penetrates in particular through a window 40 in a nozzle 16 and arrive at the other end 37 the nozzle 16 to the focal point or the molten pool 10 , Between windows 40 and end 37 the nozzle 16 is preferably also present water that is tracked, as it is in the end 37 from the nozzle 16 exit.

Ein Schweißzusatzwerkstoff 25 wird auf ein Substrat 4 aufgebracht und diesem zugeführt.A welding filler material 25 is on a substrate 4 applied and fed to this.

Die Düse 16 führt insbesondere auch den Schweißzusatzwerkstoff 25 in Pulverform in den Fokuspunkt oder in Richtung des Schmelzbades auf dem Substrat 4 zu.The nozzle 16 leads in particular also the filler metal 25 in powder form in the focal point or in the direction of the molten bath on the substrate 4 to.

Die Düse 16 weist eine Zufuhr von Wasser oder von einer Flüssigkeit auf, so dass insbesondere auch der Schweißzusatzwerkstoff 25 als Pulver in einem Wasserstrahl zugeführt werden kann.The nozzle 16 has a supply of water or of a liquid, so that in particular also the welding filler material 25 can be supplied as a powder in a water jet.

Der Schweißzusatzwerkstoff 25 wird aus einem Pulverreservoir 28 vorzugsweise über einen äußeren Ringkanal 22 der Düse 16 zugeführt.The welding filler 25 becomes from a powder reservoir 28 preferably via an outer annular channel 22 the nozzle 16 fed.

Das Pulverreservoir kann vorzugsweise auch zwei verschiedene Pulver aufweisen, die miteinander vermischt werden, wie z.B. ein Basismaterial und ein Lotmaterial.The powder reservoir may also preferably comprise two different powders which are mixed together, e.g. a base material and a solder material.

Auf dem Substrat 4 soll eine Auftragschweißung 7 erzeugt werden.
Das Substrat 4 oder zumindest der auftragzuschweißende Teil der Oberfläche 34 ist durch entsprechende Mittel unter Wasser gesetzt. Dies geschieht insbesondere auch durch die Wasserzufuhr aus der Düse 16, insbesondere aus dem Ringkanal 22 oder nicht näher dargestellte Wärmezufuhr.
On the substrate 4 should be a surfacing 7 be generated.
The substrate 4 or at least the part of the surface to be welded on the job 34 is submerged by appropriate means. This is done in particular by the water supply from the nozzle 16 , in particular from the annular channel 22 or not shown heat.

Das bedeutet, dass der Schweißzusatzwerkstoff 25 oder das Pulver und der Laserstrahl 19 unter Wasser stehen, wenn das Substrat 4 und der Zusatzwerkstoff aufgeschmolzen wird und sich eine Auftragschweißung 7 ergibt.This means that the welding consumable material 25 or the powder and the laser beam 19 stand under water when the substrate 4 and the filler material is melted and a surfacing 7 results.

Die Düse 16 kann so ausgebildet sein, dass eine Rückführung 31 von nicht auftraggeschweißtem Pulverwerkstoff zum Fördersystem möglich ist.The nozzle 16 can be designed so that a return 31 from non-order welded powder material to the conveyor system is possible.

Das Substrat 4 ist vorzugsweise metallisch und eine nickel- oder kobaltbasierte Superlegierung.The substrate 4 is preferably metallic and a nickel- or cobalt-based superalloy.

Claims (6)

Verfahren zum Auftragschweißen von einem Schweißzusatzwerkstoff (25) auf ein Substrat (4) unter Wasser (13) bei dem durch eine Düse (16) ein Energiestrahl, insbesondere ein Laserstrahl (19), strahlt und der Schweißzusatzwerkstoff (25) dem Substrat (4) zugeführt wird, wobei der Energiestrahl (19), insbesondere der Laserstrahl (19), den Schweißzusatzwerkstoff (25) aufschmilzt, wobei zumindest die Oberfläche (34), insbesondere im Bereich des Schmelzbads (10) des Substrats (4) vollständig unter Wasser (13) gehalten wird, so dass der Energiestrahl (19) den Schweißzusatzwerkstoff (25) vollständig unter Wasser (13) aufschmilzt und der Schweißzusatzwerkstoff (25) unter Wasser (13) erstarrt.Method for build-up welding from a welding filler material (25) to a substrate (4) under water (13) in which by a nozzle (16) an energy beam, in particular a laser beam (19), shines and the welding filler material (25) is supplied to the substrate (4), wherein the energy beam (19), in particular the laser beam (19), melts the filler metal (25), wherein at least the surface (34), especially in the region of the molten bath (10) of the substrate (4) is kept completely under water (13), so that the energy beam (19) melts the filler metal (25) completely under water (13) and the filler metal (25) solidifies under water (13). Vorrichtung (1), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, die zumindest aufweist, eine Energiequelle, die ein Energiestrahl (19), insbesondere ein Laserstrahl (19), aussenden kann, eine Düse (16) durch die der Energiestrahl, insbesondere der Laserstrahl (19), strahlen kann, und wobei die Düse (22) ein Schweißzusatzwerkstoff (25) zuführen kann, sowie Mittel, die zumindest eine Oberfläche (34) oder ein Substrat (4) auf dem eine Auftragschweißung (7) erzeugt werden soll zumindest teilweise unter Wasser (13) halten kann.Device (1), in particular for carrying out the method according to Claim 1 at least comprising an energy source capable of emitting an energy beam (19), in particular a laser beam (19), a nozzle (16) through which the energy beam, in particular the laser beam (19), can radiate, and wherein the nozzle ( 22) can supply a welding filler material (25), and means which at least one surface (34) or a substrate (4) on which a build-up weld (7) is to be generated at least partially under water (13) can hold. Verfahren oder Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein pulverförmiger Schweißzusatzwerkstoff (25) verwendet wird oder zugeführt werden kann.Method or device according to Claim 1 or 2 in which a powder welding consumable material (25) is used or can be supplied. Verfahren oder Vorrichtung nach einem oder beiden der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem der Schweißzusatzwerkstoff (25) aus einem mantelförmigen und/oder kegelförmigen Ringkanal (22) der Düse (16) zugeführt wird oder zugeführt werden kann.Method or device according to one or both of the Claims 1 . 2 or 3 in which the welding filler material (25) from a jacket-shaped and / or conical annular channel (22) of the nozzle (16) is supplied or can be supplied. Verfahren oder Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, bei dem eine Rückführung (31) vorgesehen ist, die den nicht auftraggeschweißten Zusatzwerkstoff wieder zurückführt.Method or device according to one or more of Claims 1 . 2 . 3 or 4 in which a return (31) is provided, which returns the non-contract welded filler material again. Verfahren oder Vorrichtung nach Anspruch 4, bei dem Wasser verwendet wird oder verwendbar ist, um den Schweißzusatzwerkstoff (25) zuzuführen, insbesondere Wasser in dem Ringkanal (22) verwendet wird oder verwendbar ist.Method or device according to Claim 4 in which water is used or usable to supply the welding filler material (25), in particular water is used in the annular channel (22) or is usable.
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