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11.04.2017

Vakuumlöten: Gut zu wissen – Herstellung und Reparatur von Turbinenbauteilen durch Vakuumlöten

Einblick in unseren Alltag:

Wie reparieren wir Turbinenbauteile?

Gasturbinenbauteile, für fliegende und stationäre Anwen­dungen, sind sehr teuer und sind hohen Beanspruchungen aus­gesetzt. Deshalb ist die Reparatur dieser Bauteile ein wichtiger Beitrag zur Ressourcenschonung und Kosteneinsparung. Die erste Abbildung zeigt einen Leitapparat einer Jet-Turbine aus Inconel nach dem Reparaturlöten. Bei den einzelnen Leitschau­felsegmenten werden sowohl ganze Schaufeln ersetzt als auch Oberflächenschäden auf noch einsatzfähigen Schaufeln besei­tigt.

Bei einem Schaufeltausch wird die zu ersetzende Schaufel mittels Erodieren entfernt, die neue Schaufel eingesetzt, durch Schweißen fixiert und anschließend mit Ober- und Unterband verlötet. Bei der Reparatur von Oberflächenschäden, wie Kavi­täten, wird auf die vorher gereinigte Oberfläche ein Gemisch aus Lot- und Grundwerkstoffpulver in Pastenform aufgebracht. Beim anschließenden Lötprozess schmilzt das Lot auf, legiert sich mit dem Grundwerkstoffpulver und füllt die Kavität wieder auf. Neben den Anforderungen Rissfreiheit und Hochtemperaturbeständigkeit ist insbesondere auf einen minimierten Verzug zu achten, da die Leitschaufel­segmente ja bereits ihre Endgeometrie besitzen. Für diese Anwendung werden borfreie, hochschmelzende Nickel­basislote eingesetzt.

 

Wie erhöhen wir den Wirkungsgrad von Gasturbinen?

Ein Beispiel für die Kombination von extrem dünn­wandigen mit sehr massiven Komponenten repräsen­tiert das gezeigte Bauteil einer stationären Gasturbine.

Diese sogenannten Shroudsegmente werden zu einem Ring zusammengesetzt gegen den die Schaufeln des Turbinenrotors streifen. Um den Spalt zwischen Schau­felspitze und Rotorgehäuse möglichst klein zu halten und somit den Wirkungsgrad der Turbine zu optimieren werden Honeycombdichtungen eingesetzt, in die sich die Schaufelspitzen einschleifen können. Der Grund­körper des Shrouds besteht aus einem martensitischen Cr-Stahl. Damit die Schaufelspitze beim Anstreifen nicht beschädigt wird ist die Honigwabenstruktur aus sehr dünnwandigen Nickelbasisfolien aufgebaut. Die Anforderungen an den Lötprozess und die Lötnaht sind vielfältig. Einerseits soll die Honeycombstruktur ganzflächig verlötet sein, um ein Abreißen im Betrieb auszuschließen, andererseits soll die Erosion der Honigwabe vermieden werden. Dieser Effekt tritt auf, wenn der Fügepartner und das Lot chemisch ähnlich sind. Wegen der geforderten Hochtemperaturbeständigkeit muss mit einem Nickelbasislot gelötet werden, dass jedoch ein hohes Lösungsver­mögen für den Honeycombwerkstoff hat. Deshalb sind Lotmenge, Löttemperatur und -zeit genauestens zu kontrol­lieren. Solche Anforderungen sind nur durch einen Ofenprozess, in einer Anlage mit hoher Temperaturgleich­mäs­sigkeit, zu erfüllen. Bei diesem Bauteil findet das Löten und Härten in einem Prozess statt.