DE112009001506T5

DE112009001506T5 - Einbringung tiefer Druckrestspannungen in eine randseitige Reparaturschweißstelle eines Gasturbinenschaufelblattes

Info

Publication number: DE112009001506T5
Application number: DE112009001506T
Authority: DE
Inventors: Todd Jay Mainville Rockstroh; Seetha Ramaiah Cincinnati Mannava; Roger Owen Cincinnati Barbe; Wayne Lee Sardinia Lawrence
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-06-24
Filing date: 2009-06-19
Publication date: 2011-04-28
Also published as: WO2010036430A2; WO2010036430A3; JP2011525593A; CA2728217A1; GB201021084D0; US20090313823A1; GB2472954A

Abstract

Verfahren zur Reparatur eines Gasturbinenschaufelblatts, das einen Rand aufweist, der eine Vorder- und eine Hinterkante sowie eine radial äußere Spitze enthält, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Abtragen von Schaufelblattmaterial entlang wenigstens eines Abschnitts des Randes, um wenigstens einen eingeschnittenen Bereich in dem Schaufelblatt zu bilden,
wobei der eingeschnittene Bereich entlang wenigstens eines Abschnitts von wenigstens einer der Kanten und/oder der äußeren Spitze des Schaufelblattes angeordnet ist,
Erzeugen eines Schweißauftrags in dem eingeschnittenen Bereich durch Einschweißen aufeinanderfolgender Schweißlagen von Schweißmaterial in den eingeschnittenen Bereich beginnend mit einer ersten Schweißlage auf einer Schweißoberfläche des Schaufelblattes entlang des eingeschnittenen Bereiches,
Abtragen eines Teils des Schweißlagenmaterials in dem Schweißauftrag, um gewünschte Endmaße von wenigstens einer der Kanten und/oder der äußeren Spitze des Schaufelblattes zu erhalten, und
Einbringen tiefer Druckrestspannungen in einen vorgespannten Bereich, der sich in den Schweißauftrag hinein erstreckt und diesen umfasst, und einen Abschnitt des Schaufelblattes...

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft die Schaufelblattrandreparatur von Gasturbinenmaschinen und insbesondere das Ausschneiden eines beschädigten Bereiches und Anschweißen von Materialschweißlagen zum Aufbau von Vorder- und Hinterkanten sowie Spitzen von Schaufelblättern.
Gasturbinenmaschinen enthalten einen Bläser-, Verdichter-, Verbrennungs- und Turbinenabschnitt. Innerhalb des Bläser-, Verdichter- und Turbinenabschnitts sind einander abwechselnde ringförmige Stufen von längs des Umfangs angeordneten umlaufenden Schaufeln und stationären Leitschaufeln angeordnet, die Schaufelblätter mit Vorder- und Hinterkanten sowie radial äußeren Spitzen aufweisen, die Verschleiß und Abnutzung unterliegen. Die Reihen oder Stufen von Leitschaufeln und Laufschaufeln sind um eine Mittellinienachse der Gasturbinenmaschine konzentrisch angeordnet. Die Laufschaufeln sind gewöhnlich auf einer Scheibe montiert, die um ihre Mittelachse herum rotiert, wobei in vielen Gasturbinenflugtriebwerken integral miteinander ausgebildete Scheiben und Laufschaufeln, die als BLISKS bezeichnet werden, eingesetzt werden.
Bläser- und Verdichterlaufschaufeln werden gewöhnlich aus Superlegierungen, wie beispielsweise Legierungen auf Nickelbasis, geschmiedet, während Turbinenlaufschaufeln gewöhnlich aus hochtemperaturfesten Legierungen oder Superlegierungen, die Titan enthalten, hergestellt werden. Außerdem wird das Gießen von Turbinenleitschaufeln und -laufschaufeln häufig derart durchgeführt, dass ein gerichtet erstarrtes Teil mit parallel zu der Achse der Laufschaufel ausgerichteten Körnern oder ein Einkristallteil ohne Korngrenzen erzeugt wird. Kürzlich sind Keramikmatrixverbund- und Metallmatrixverbundstoffe verwendet worden, um feste und hohle Gasturbinenmaschinenlaufschaufeln und -leitschaufeln herzustellen.
Im Einsatz tritt infolge von Oxidation, thermischer Ermüdungsrissbildung und Metallerosion, die durch abrasive und korrosive Stoffe in dem strömenden Gasstrom verursacht werden, sowie aufgrund der Dauerschwingungsbeanspruchung (HCF, High Cycle Fatigue) eine Beschädigung und Beeinträchtigung an der Vorder- und Hinterkante und der Spitze der Verdichterlaufschaufel auf. Während periodischer Maschinenüberholungen werden die Laufschaufeln hinsichtlich einer physischen Beschädigung überprüft, und es werden Messungen durchgeführt, um den Grad der Beeinträchtigung und Beschädigung zu bestimmen. Wenn die Laufschaufeln erheblich Material verloren haben, werden sie ersetzt oder repariert.
Es existieren verschiedene Verfahren zur Reparatur verschlissener oder beschädigter Turbinenlaufschaufeln und -leitschaufeln. Die Reparaturverfahren umfassen zum Beispiel herkömmliches Schmelzschweißen, Plasmaspritzen, wie in der US-Patentschrift Nr. 4 878 953 beschrieben, und die Verwendung eines Band- oder Schlammmaterials, das ein Mischung aus einem Bindemittel und einem Metalllegierungspulver enthält, das mit der Substratlegierung kompatibel ist. US-Patentschrift Nr. 4 878 953 liefert eine hervorragende Quelle von Hintergrundinformationen in Bezug auf Verfahren zur Wiederaufbereitung gegossener Gasturbinenmaschinenkomponenten und insbesondere Komponenten, die aus nickelbasierten und kobaltbasierten Superlegierungen hergestellt sind, um in den heißen Abschnitten von Gasturbinenmaschinen eingesetzt zu werden, und insbesondere für Komponenten, die Betriebsbedingungen mit hohen Temperaturen ausgesetzt sind. US-Patentschrift Nr. 4 726 104 mit dem Titel „Methods for Weld Repairing Hollow, Air Cooled Turbine Blades and Vanes” („Verfahren zum Reparieren hohler, luftgekühlter Turbinenlaufschaufeln und -leitschaufeln durch Schweißen”) offenbart herkömmliche Verfahren für Reparaturen von luftgekühlten Turbinenschaufelspitzen, einschließlich Anstreifspitzen, durch Schweißen.
Einige Verdichterlaufschaufeln von Gasturbinenmaschinen sind derart gestaltet, dass der Spitzenabschnitt der umlaufenden Schaufeln während des Maschinenbetriebs an einer stationären Dichtung oder einem stationären Gehäuse reibt und die Leckage von Arbeitsmediumgasen in der axialen Strömungsrichtung begrenzt. Während die Dichtungen gewöhnlich abreibbarer sind als die Schaufelspitzen (so dass während eines derartigen Reibeingriffs eine Nut in die Dichtung eingeschnitten wird), verschleißen die Schaufelspitzen und die Schaufeln werden kürzer. Mit wachsender Einsatzdauer der Laufschaufeln steigt der gesamte Spitzenverschleiß bis zu dem Punkt an, an dem gegebenenfalls die Effizienz des Schaufel- und Dichtungssystems reduziert ist und in den Schaufeln, insbesondere an den Schaufelspitzen, Risse auftreten können, sodass die Schaufeln repariert oder ersetzt werden müssen. Eine Reparatur ist deutlich billiger und erstrebenswerter.
Die Vorder- und Hinterkanten sowie Spitzen von verschlissenen Laufschaufeln können repariert und die Schaufelblätter können mit ursprünglichen Abmessungen wiederhergestellt werden, indem die verschlissenen und/oder beschädigten Bereiche entlang der Vorder- und Hinterkante und der Spitze des beschädigten Schaufelblattes z. B. durch Ausschneiden oder Abschleifen mechanisch entfernt werden und anschließend Schweißfüllmetall der Spitze zugegeben wird, um die Vorder- und die Hinterkante sowie die Spitze unter Verwendung beliebiger von verschiedenen allgemein bekannten Schweißtechniken (gewöhnlich Lichtbogenschweißtechniken), wie sie für Fachleute auf dem Gebiet bekannt sind) mit einer gewünschten Abmessung aufzubauen. Wenn eine Maschine überholt wird, werden Verdichterlaufschaufeln entweder durch neue Teile ersetzt, was sehr kostspielig ist, oder repariert, was klar wünschenswerter ist, wenn Kosteneinsparungen erreicht werden können. Es sind verschiedene Methoden entwickelt worden, in denen ein Metallüberzug durch Aufsprühen oder Aufschweißen eines metallischen Füllstoffs in aufeinanderfolgenden Lagen auf einem Substrat aufgebracht wird, um Schaufelblätter von Gasturbinenverdichterschaufeln und insbesondere die Vorder- und Hinterkanten und die Spitze der Laufschaufeln zu formen oder dimensionsmäßig wiederherzustellen. Eine Hauptbeschränkung in Bezug auf Schweißreparaturen liegt darin, dass die reparierten Teile gegenüber OEM-Spezifikationen eine verringerte Lebensdauer haben.
Eine Reparatur und Wiederherstellung von Vorder- und Hinterkanten und der Spitze von Schaufelblättern durch Schweißen bewirkt, dass das Schaufelblatt eine Dauerschwingungs(HCF)-Belastbarkeit aufweist, die viel kleiner ist als die Belastbarkeit des Erstausrüster(OEM)- oder neuen Teils. Der Umfang des Schaufelblattes, der durch dieses Verfahren repariert und wiederhergestellt werden kann, ist begrenzt, weil Schweißen eine reduzierte Dauerschwingungsbelastbarkeit (HCF-Leistungsfähigkeit) bewirkt. Es ist sehr erwünscht, die Vorder- und Hinterkanten und Spitzen von Schaufelblättern durch Schweißen zu reparieren oder wiederherzustellen und dennoch weiterhin eine Dauerschwingungs(HCF)-Belastbarkeit zu haben, die so gut oder nahezu so gut wie diejenige des ursprünglichen oder neuen Teils ist. Es ist sehr erwünscht, einen größeren Umfang des Schaufelblattes durch Schweißen zu reparieren oder wiederherzustellen und dennoch eine Dauerschwingungs(HCF) -Belastbarkeit zu haben, die so gut oder nahezu so gut ist wie diejenige des ursprünglichen oder neuen Teils.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein Verfahren zur Reparatur eines Gasturbinenschaufelblattes, das einen Umfang bzw. Rand aufweist, der eine Vorder- und eine Hinterkante und eine radial äußere Spitze enthält, enthält ein Abtragen von Schaufelblattmaterial entlang wenigstens eines Teils des Umfangs bzw. Rands, um wenigstens einen eingeschnittenen Bereich des Schaufelblattes entlang wenigstens eines Abschnitts wenigstens einer der Kanten und/oder der radial äußeren Spitze des Schaufelblattes zu bilden. Anschließend Erzeugen einer Schweißung in dem ein- bzw. rückgeschnittenen Bereich durch Einschweißen aufeinander folgender Schweißlagen aus einem Schweißmaterial in den eingeschnittenen Bereich beginnend mit einer ersten Schweißlage an einer Schweißoberfläche des Schaufelblattes entlang des eingeschnittenen Bereiches und danach maschinelles Entfernen eines Teils des Schweißlagenmaterials in der Schweißung, um gewünschte Fertigmaße von wenigstens einer der Kanten und/oder der radial äußeren Spitze des Schaufelblattes zu erhalten. Anschließend Einbringen tiefer Druckrestspannungen in einen vorgespannten Bereich, der sich in die Schweißung hinein erstreckt und diese umfasst, sowie einen Abschnitt des Schaufelblattes neben der Schweißung.
Eine beispielhafte Ausführungsform des Verfahrens enthält ferner ein maschinelles Abtragen von Schaufelblattmaterial entlang lediglich der radial äußersten Abschnitte der Vorder- und/oder Hinterkante, die sich von der äußeren Spitze zu einer Basis des Schaufelblattes hin erstrecken. Diese Ausführungsform des Verfahrens enthält ferner ein Formen einer abgerundeten Ecke, die eine teilkreisförmige Ecke aufweist, mit einem Bogen und einem Krümmungsradius zwischen Einschnitten der Vorderkante und/oder der Hinterkante und unbearbeiteten Abschnitten des Schaufelblattes zwischen den äußersten Abschnitten der Vorder- und/oder Hinterkante und der Basis des Schaufelblattes. Eine besondere Ausführungsform des Verfahrens enthält, dass die äußersten Abschnitte der Vorder- und/oder Hinterkante eine Länge in Spannweitenrichtung bis zu und einschließlich etwa 90% einer Spannweite des Schaufelblattes von der äußeren Spitze zu der Basis des Schaufelblattes hin aufweisen. Der eingeschnittene Bereich kann eine maximale Einschnitttiefe von bis zu etwa 0,22 Zoll aufweisen.
Das Abtragen eines Teils des Schweißlagenmaterials in der Schweißung, um gewünschte Fertigmaße von wenigstens einer der Vorder- und Hinterkante und der radial äußeren Spitze des Schaufelblattes zu erhalten, kann eine Grobbearbeitung und eine anschließende Fein- bzw. Endbearbeitung der Schweißstelle enthalten, und das Einbringen der tiefen Druckrestspannungen kann nach dem Grobbearbeiten oder nach dem Endbearbeiten der Schweißstelle vorgenommen werden.
Eine weitere beispielhafte Ausführungsform des Verfahrens enthält ferner Laserschockstrahlen, um die tiefen Druckrestspannungen in einen vorgespannten Bereich, der sich in die Schweißstelle hinein erstreckt und diese umspannt, einzubringen. Diese beispielhafte Ausführungsform des Verfahrens enthält Laserschockbestrahlen der Druck- und der Saugseite des Schaufelblattes sowie des Abschnitts des Schaufelblattes neben der Schweißstelle.
Eine weitere besondere Ausführungsform des Verfahrens enthält ein Festsetzen einer Lebensdauer einer reparierten Komponente, die das reparierte Gasturbinenschaufelblatt enthält, im Wesentlichen gleich oder größer als die Lebensdauer einer neuen OEM-Komponente.
Ein repariertes Gasturbinenschaufelblatt enthält den Umfang bzw. Rand, der eine Vorder- und Hinterkante sowie eine radial äußere Spitze enthält, wenigstens einen eingeschnittenen Bereich in wenigstens einem Abschnitt des Randes, wobei der eingeschnittene Bereich entlang wenigstens eines Abschnitts von wenigstens einer der Kanten und/oder der radial äußeren Spitze des Schaufelblattes verläuft, eine Schweißung, die aufeinanderfolgende Schweißlagen aus einem Schweißmaterial in dem eingeschnittenen Bereich mit einer ersten Schweißlage auf einer Schweißoberfläche des Schaufelblattes entlang des eingeschnittenen Bereichs enthält, und tiefe Druckrestspannungen, die in einen vorgespannten Bereich, der sich in die Schweißung hinein erstreckt und diese umfasst, sowie einen Abschnitt des Schaufelblattes neben der Schweißung eingebracht sind.
Eine besondere Ausführungsform des reparierten Schaufelblattes enthält den eingeschnittenen Bereich, der entlang wenigstens einer von der Vorder- oder Hinterkante in einem radial äußersten Abschnitt der Vorder- und/oder Hinterkante verläuft und sich von der äußeren Spitze zu einer Basis des Schaufelblattes hin erstreckt. Der äußerste Abschnitt der Vorder- oder Hinterkante weist eine Länge in Spannweitenrichtung bis zu und einschließlich etwa 90% einer Spannweite des Schaufelblattes von der äußeren Spitze zu der Basis des Schaufelblattes hin auf. Zwischen den Einschnitten der Vorderkante und/oder Hinterkante und maschinell unbearbeiteten Abschnitten des Schaufelblattes zwischen den äußersten Abschnitten der Vorder- und/oder Hinterkante und der Basis des Schaufelblattes ist eine abgerundete Ecke angeordnet. Die abgerundete Ecke kann eine halbkreisförmige Ecke sein, die einen Bogen und einen Krümmungsradius aufweist. Der eingeschnittene Bereich kann eine maximale Einschnitttiefe von bis zu etwa 0,22 Zoll haben.
Anstelle eines teureren Austausches der Laufschaufeln oder herkömmlicher Verfahren, die Schweißungen ohne Einbringen von Druckrestspannungen einsetzen, kann mit dem vorliegenden Verfahren ein größerer Grad eines Schadens und/oder Verschleißes an der Vorder- und Hinterkante und Spitze von Verdichterlaufschaufeln repariert werden. Das vorliegende Reparaturverfahren, das ein Einbringen tiefer Druckrestspannungen in die Schweißstelle hinein und diese umfassend sowie einen Abschnitt des Schaufelblattes benachbart zu der Schweißstelle enthält, ergibt einen umfassenden Reparaturvorgang, der die Kanten und Spitzen für weit stärker beschädigte Schaufelblätter wirtschaftlicher reparieren und dimensionsmäßig wiederherstellen kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehenden Aspekte sowie weitere Merkmale der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung erläutert, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen aufzufassen ist, in denen:
1 zeigt eine Darstellung einer beispielhaften Verdichterlaufschaufel eines Gasturbinenflugtriebwerks in einer Perspektivansicht, die Verschleiß und/oder eine Beschädigung entlang einer Vorderkante sowie Laserschockbestrahlen einer Reparaturschweißstelle in der Vorderkante und Spitze des Schaufelblattes veranschaulicht.
2 zeigt eine Darstellung der Schaufel in einer Querschnittsansicht durch 2-2, wie in 1 veranschaulicht.
3 zeigt eine schematisierte Seitenansichtsdarstellung einer ersten Schweißlage des auf die Schaufel nach 1 aufgebrachten Schweißauftrags, nachdem Einschnitte maschinell erzeugt worden sind.
4 zeigt eine schematisierte Seitenansichtsdarstellung einer vervollständigten Schweißung in der in 3 veranschaulichten Laufschaufel.
5 zeigt eine schematisierte Seitenansichtsdarstellung zum Vergleich einer Vergrößerung der Vorderkanteneinschnitte mit einer und ohne eine laserschockbestrahlte Schweißstelle in der in 4 veranschaulichten Schaufel.
6 zeigt eine schematisierte Seitenansichtsdarstellung einer laserschockbestrahlten Schweißstelle in der in 4 veranschaulichten Schaufel.
7 zeigt eine Perspektivansichtsdarstellung einer weiteren beispielhaften Verdichterlaufschaufel eines Gasturbinenflugtriebwerks unter Veranschaulichung von Verschleiß und/oder einer Beschädigung entlang der Vorder- und Hinterkante und der Spitze der Schaufel und der Parameter zur dimensionsmäßigen Wiederherstellung und Reparatur, wie sie in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
8 zeigt eine Seitenansichtsdarstellung der Schaufel nach 7 mit kurzer und langer Vorder- und Hinterkante und Einschnitten sowie flachen und tiefen Spitzeneinschnitten, die in dem in 7 veranschaulichten Schaufelblatt maschinell erzeugt werden können.
9 zeigt eine Seitenansichtsdarstellung von abgerundeten Ecken eines in 8 veranschaulichten Vorderkanteneinschnitts.
10 zeigt eine Seitenansichtsdarstellung der Schweißlagen des Schweißauftrags in der kurzen Vorder- und Hinterkante und den Einschnitten sowie der flachen Spitzeneinschnitte in der in 8 veranschaulichten Schaufel.
11 zeigt eine Seitenansichtsdarstellung der Schweißlagen des Schweißauftrags in der langen Vorder- und Hinterkante und den Einschnitten sowie den tiefen Spitzeneinschnitten in der in 8 veranschaulichten Schaufel.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In den 1 und 2 ist eine Verdichterlaufschaufel 8, die als ein Beispiel für eine Rotorkomponente, wie beispielsweise eine Bläserlaufschaufel oder eine Blisk, dient, mit einem Schaufelblatt 34 veranschaulicht, das gewöhnlich von einem Verdichtergehäuse 17, Mantel oder einer Dichtung umgeben ist, gegen die die Laufschaufeln abdichten (wie dies beispielsweise in 7 veranschaulicht ist). Das Schaufelblatt 34 erstreckt sich radial nach außen von einer Schaufelblattbasis 32, die an einer Schaufelplattform 36 angeordnet ist, aus bis zu einer radial äußeren Spitze 38 der Schaufel oder des Schaufelblattes, gemessen entlang einer Spannweite S des Schaufelblattes 34. Die Verdichterschaufel 8 enthält einen Fußabschnitt 40, der sich von der Schaufelplattform 36 aus radial nach innen bis zu einem radial inneren Ende 37 des Fußabschnitts 40 erstreckt. Der Schaufelfuß oder Schwalbenschwanz 42 ist an dem radial inneren Ende 37 des Fußabschnitts 40 über einen Schaufelschaft 44 mit der Schaufelplattform 36 verbunden. Die Verdichterschaufel 8 repräsentiert eine Klasse von Gasturbinentriebwerkskomponenten, die Schaufelblätter aufweisen, und insbesondere Laufschaufeln, wie beispielsweise Bläser-, Verdichter- und Turbinenlaufschaufeln, für die das hierin offenbarte Reparaturverfahren entwickelt wurde. Das hierin offenbarte Reparaturverfahren kann auch auf stationäre Leitschaufeln in Bläser Verdichter- und Turbinenabschnitten einer Gasturbinenmaschine angewandt werden.
Bezugnehmend auf 2 ist eine Sehne C des Schaufelblattes 34 die Linie zwischen einer Vorderkante LE und einer Hinterkante TE in jedem Querschnitt der Schaufel. Das Schaufelblatt 34 erstreckt sich in der Sehnenrichtung zwischen einer Vorderkante LE und einer Hinterkante TE des Schaufelblattes. Ein Rand bzw. Umfang 35 des Schaufelblattes 34, wie er in den 1 und 3–11 veranschaulicht ist, ist durch die Vorderkante LE, die äußere Spitze 38 des Schaufelblattes und die Hinterkante TE definiert und enthält diese. In 2 sind eine Druck- und eine Saugseite 46, 48 des Schaufelblattes 34 veranschaulicht, wobei die Saugseite 48 in eine allgemeine Drehrichtung, wie sie durch einen Pfeil AR angezeigt ist, weist. Eine Mittellinie ML ist im Wesentlichen in der Mitte zwischen den beiden Seiten in der Sehnenrichtung angeordnet. Bezugnehmend auf 1 weist das Schaufelblatt 34 häufig eine Verwindung auf, wobei ein Sehnenwinkel B von der Schaufelplattform 36 zu der äußeren Schaufelblattspitze 38 variiert. Der Sehnenwinkel B ist als der Winkel der Sehne C in Bezug auf die Mittellinie 11 der Maschine definiert. Der Sehnenwinkel variiert von einem ersten Winkel B1 an der Plattform 36 bis zu einem zweiten Winkel B2 an der Spitze 38, für die die Differenz anhand eines Differenzwinkels BT veranschaulicht ist. Der Sehnenwinkel ist als der Winkel der Sehne C in Bezug auf die Maschinenmittelachse 11 definiert.
Eine erste beispielhafte Ausführungsform des hierin offenbarten Verfahrens ist in den 1–6 veranschaulicht und hierin für die Reparatur einer Vorderkante aufgrund einer Vorderkantenbeschädigung, die beispielhaft durch eine Kerbe 22 in der Vorderkante LE des Schaufelblattes 34 veranschaulicht ist, beschrieben. Das Reparaturverfahren enthält ein maschinelles Abtragen von Schaufelblattmaterial 50, wie in 3 veranschaulicht, unter Ausbildung eines abgetragenen bzw. eingeschnittenen Bereichs 80, der entlang der Vorderkante LE angeordnet ist und sich über eine Länge L hinweg in der Spannweitenrichtung des Schaufelblattes 34 von der radial äußeren Spitze 38 des Schaufelblattes 34 zu der Schaufelblattbasis 32 hin erstreckt. Der eingeschnittene Bereich 80 weist eine maximale Einschnitttiefe 66, wie sie in 3 veranschaulicht ist, auf, die in einer Sehnenrichtung CD von der ursprünglichen unverschlissenen und unbeschädigten Vorderkante LE aus gemessen wird, wie in den 1 und 3 veranschaulicht. Das abgetragene Schaufelblattmaterial 50 enthält die Abschnitte des Schaufelblattes 34, die die Vorderkantenbeschädigung, wie durch die Kerbe 22 dargestellt, enthalten. Als nächstes wird eine Schweißmaschine 24 verwendet, um in dem eingeschnittenen Bereich 80 einen Schweißauftrag 82 einzuschweißen, wie dies in 4 weiter veranschaulicht ist.
Nachdem das Schaufelblattmaterial 50 abgetragen ist, werden Schweißlagen 70 beginnend mit einer ersten Schweißlage 71 auf einer Schweißoberfläche 73 des Schaufelblattes entlang des eingeschnittenen Bereiches 80 in den eingeschnittenen Bereich 80 eingeschweißt, wodurch der Schweißauftrag 82 darin erzeugt wird. Gewöhnlich wird das Schaufelblattmaterial 50 entlang lediglich einer radial äußeren Hälfte 28 des Schaufelblattes 34 entfernt, wobei jedoch in dem hierin präsentierten Reparaturverfahren das Entfernen und der eingeschnittene Bereich 80 sich nach unten bis zu etwa 90% der Spannweite S von der äußeren Schaufelblattspitze 38 aus in Richtung auf die Basis 32 erstrecken können. Anschließend wird der Schweißauftrag 82 bis nahezu zu der Nettogestalt maschinell bearbeitet und anschließend auf Endmaße und endgültige Oberflächenglätten feinbearbeitet.
Nachdem der Schweißauftrag 82 bis zur nettogestaltnahen Form maschinell bearbeitet worden ist oder nachdem der Schweißauftrag 82 auf die endgültigen Maße und Oberflächenglätten feinbearbeitet worden ist, werden tiefe Druckrestspannungen in vorgespannte Bereiche 56 eingebracht, die sich in den Schweißauftrag 82 und einen Abschnitt 26 des Schaufelblattes benachbart zu dem Schweißauftrag 82 hinein erstrecken und diese umfassen. Das Einbringen der tiefen Druckrestspannungen in vorgespannte Bereiche 56 ist in den Figuren veranschaulicht, wie es durch Laserschockstrahlen ausgeführt wird, wie dies durch kreisförmige Flecken 58 in den 1 und 6 angezeigt ist, wobei jedoch andere Verfahren, wie beispielsweise Walzen oder Polieren, ebenfalls in Erwägung gezogen werden. Das Einbringen tiefer Druckrestspannungen in den Schweißauftrag ermöglicht eine Erweiterung der maximal zulässigen Spannweitenlänge SL des eingeschnittenen Bereichs 80 entlang der Vorderkante LE (und der Hinterkante TE) von etwa 50%, wie durch eine erste Länge L1 angezeigt, bis zu etwa 90%, wie durch eine zweite Länge L2 angezeigt, die in 5 veranschaulicht sind.
Das Einbringen tiefer Druckrestspannungen in den Schweißauftrag ermöglicht eine Vergrößerung der Ausdehnung der zugelassenen maximalen Einschnitttiefe 66 auf etwa 0,2 Zoll oder in einem Bereich von 0,18 bis 0,22 Zoll im Vergleich zu früheren Reparaturverfahren, die lediglich etwa 0,08 bis 0,12 Zoll für Abmessungen der Vorder- und der Hinterkante eines neuen Teils zuließen. Dies ist in 5 veranschaulicht, selbst wenn diese nicht maßstabsgetreu gezeichnet ist. Es ist zu beachten, dass es Hochdruckverdichterschaufelblätter mit einer Sehne und Spannweite in der Größenordnung von 0,5 Zoll gibt. Das oben präsentierte Reparaturverfahren stellt ein Beispiel für eine Vorderkantenreparatur eines Schaufelblattes einer Gasturbinenverdichterlaufschaufel dar und kann in gleicher Weise angewandt werden, um verschlissene und/oder beschädigte Hinterkanten zu reparieren.
Das hierin präsentierte Reparaturverfahren ist auch exemplarisch für Gasturbinenschaufelblätter 34 mit verschlissenen und/oder beschädigten Vorder- und Hinterkanten und Spitzen. Das Reparaturverfahren stellt einen umfassenden Prozess zur Wiederherstellung der Vorder- und Hinterkante sowie Spitze der Schaufel entweder einzeln oder in Kombination dar. Gelegentlich, jedoch wiederholend, streift die Verdichterschaufel 8 an dem Verdichtergehäuse 17 oder Mantel an, wodurch sie eine Spitzenbeschädigung 52, einschließlich Grate, Kerben und Risse, an der äußeren Schaufelblattspitze 38 hervorruft, wie dies in 7 veranschaulicht ist. Verschleiß und FOD-Beschädigung führen zu einem Vorder- und Hinterkantenschaden 53, 55 an der Vorder- bzw. Hinterkante LE bzw. TE und enthalten ebenfalls Grate, Kerben und Risse. Es ist ein umfassendes Verfahren zur Reparatur oder Wiederherstellung der Vorder- und Hinterkante sowie Spitze eines Schaufelblattes entwickelt worden, wie es in der US-Patentschrift Nr. 6 532 656 von Wilkins et al. offenbart ist, die am 18. März 2003 ausgegeben wurde und hierin durch Bezugnahme mit aufgenommen ist. Die Reparatur des Schaufelblattes und der Vorder- sowie Hinterkante und Spitze des Schaufelblattes kann entweder individuell oder in Kombination vorgenommen werden.
Der Umfang bzw. Rand 35 des Schaufelblattes 34 ist durch die Vorderkante LE, die äußere Schaufelblattspitze 38 und die Hinterkante TE definiert und enthält diese. Dem Verfahren geht gewöhnlich eine Überprüfung des Schaufelblattes 34 voraus, um die Möglichkeit einer Reparatur zu bestimmen. Nachdem festgestellt wird, dass die Schaufel 8 Anforderungen an die Reparierbarkeit erfüllt, wird die Schaufel gereinigt und für eine Reparatur vorbereitet.
Bezugnehmend auf 7 enthält das Reparaturverfahren ein Abtragen des Schaufelblattmaterials 50 entlang der äußersten Abschnitte 85 der Vorder- und der Hinterkante LE und TE und einer radial äußeren Spitze 38 des Schaufelblattes 34, um die Vorderkanten-, Hinterkanten- und Spitzeneinschnitte 62, 63, 64, die Vorderkanten-, Hinterkanten- bzw. Spitzeneinschnitttiefen 66, 68, 69 haben, an der Vorder- und Hinterkante sowie der radial äußeren Spitze zu bilden, wie in 8 veranschaulicht. Die Vorderkanten-, Hinterkanten- und Spitzeneinschnitttiefen 66, 68, 69 werden von der ursprünglichen unverschlissenen und unbeschädigten Vorder- und Hinterkante LE, TE und radial äußeren Spitze 38 aus gemessen, wie in den 7 und 8 veranschaulicht. Das abgetragene Schaufelblattmaterial 50 enthält die Abschnitte des Schaufelblattes 34, die die Spitzenbeschädigung 52 sowie die Vorder- und die Hinterkantenbeschädigung 53, 55 enthalten.
Nachdem das Schaufelblattmaterial 50 abgetragen ist, werden Schweißlagen 70 beginnend mit einer ersten Schweißlage 71 auf einer Schweißoberfläche 73 des Schaufelblattes entlang des eingeschnittenen Bereichs 80 des Vorderkanten-, Hinterkanten- und Spitzeneinschnitt 62, 63, 64 in den eingeschnittenen Bereich 80 eingespeist, wodurch ein Schweißauftrag 82 darin erzeugt wird, wie dies in den 10 und 11 veranschaulicht ist. Gewöhnlich wurde in der Vergangenheit das Schaufelblattmaterial 50 nur entlang der radial äußeren Hälfte 28 des Schaufelblattes 34 abgetragen, wobei jedoch in dem hierin präsentierten Reparaturverfahren der Abtrag und der eingeschnittene Bereich 80 nach unten bis zu etwa 90% der Spannweite S von der äußeren Schaufelblattspitze 38 zu der Basis 32 hin vorragen können. Anschließend wird der Schweißauftrag 82 bis zu einer nettogestaltnahen Form maschinell bearbeitet und anschließend zu endgültigen Abmessungen und Oberflächenglätten feinbearbeitet. Das Einbringen der tiefen Druckrestspannungen in die Schweißstelle ermöglicht eine Ausdehnung der früher maximal zulässigen Spannweitenlänge SL des eingeschnittenen Bereichs 80 entlang der Vorder- und der Hinterkante LE, TE von etwa 50%, wie durch eine erste Länge L1 angezeigt, bis zu etwa 90%, wie durch eine zweite Länge L2 angezeigt, wie sie in den 10 und 11 veranschaulicht sind.
Bezugnehmend auf die 10 und 11 werden, nachdem das Schaufelblattmaterial 50 abgetragen worden ist, Schweißlagen 70 des Schweißmaterials 72 auf die Vorderkanten-, Hinterkanten- und Spitzeneinschnitte 62, 63, 64 aufgeschweißt. Anschließend wird ein Teil des Schweißmaterials 72 maschinell entfernt, um gewünschte endgefertigte oder wiederhergestellte Abmessungen der Vorder- und der Hinterkante und der radial äußeren Spitze 38 zu erhalten, wie dies in den 10 und 11 veranschaulicht ist. Beispielhafte Schaufelblattmaterialien 50 umfassen A-286, Inconel 718, Titan 6-4 und Titan 8-1-1. Der Schweißdraht AMS 5832 oder Inconel 718 ist ein beispielhaftes Schweißmaterial 72, das bei diesen beiden Schaufelblattmaterialien eingesetzt werden kann.
Verdichter- und Bläserlaufschaufeln, die auf diese Weise unter Verwendung dieser herkömmlicher Schweißtechniken, die WIG-(Wolfram-Inertgas-) und Mikro-WIG-Schweißen enthalten, repariert werden, können Defekte in den und rings um die geschweißten Bereiche entweder in Form von Porositäten und/oder in Form von mikrostrukturellen Veränderungen hervorrufen. Diese Defekte können die Materialdauerermüdungsfestigkeit reduzieren. Die Vorderkante von Bläser- und Verdichterschaufelblättern weisen ein hohes Maß an Rotations- und dynamischen Belastungen auf. Ein Hochdruckverdichter(HDV)-Schaufelblatt ist eine Komponente, die an einem Fluid Arbeit verrichtet, und es liegt dort ein sehr hohes Maß axialer Belastung vor, die unterschiedlich zwischen der Druck- und der Saugseite des Schaufelblattes verteilt wird. Das HDV-Schaufelblatt ist, wie auch andere Schaufelblätter in Gasturbinenmaschinen, auch einer strukturellen Beschädigung aufgrund von festen Teilchen unterworfen, die sich von dem vorgesehenen Fluid, das über, ringsum und im Wesentlichen in die Vorderkante des Schaufelblattes hinein strömt, unterscheiden. Die Belastung kann auf Anregungen der Schaufel in Biege- und Torsionsbiege-Modi zurückzuführen sein. Der dominierende Fehlermodus muss nicht stets der maximale Belastungsmodus, sondern vielmehr ein Betriebsmodus mit einer geringeren Belastung oder eine Kombination von Modi sein, die für eine längere Dauer während des Maschineneinsatzes vorliegen. Während eines Maschinenbetriebs werden Verdichter- und Bläserlaufschaufeln über die verschiedenen Betriebsdrehgeschwindigkeiten der Maschine hinweg Fliehkräften, aerodynamischen Kräften und Schwingungsanregungen aufgrund der Rotation der Bläser- und der Verdichterschaufeln unterworfen. Die Schaufelblätter der Laufschaufeln weisen verschiedene Modi mit resonanter Schwingung (Biegemodi) aufgrund der verschiedenen Anregungskräfte, die während eines Maschinenbetriebs auftreten, auf. Laufschaufeln werden im Grunde von Rotorscheiben freitragend gehalten und können sich folglich im Wesentlichen in der Umfangsrichtung mit der Grundschwingung und der Schwingung höherer Ordnung der Biegeschwingung oder Biegung verbiegen oder durchbiegen. Schaufelblätter sind ebenfalls der Torsionsgrundschwingung und der Torsionsschwingung höherer Ordnung unterworfen, die durch Verwindung rings um die Spannweitenachse des Schaufelblattes auftreten. Die Biege- und Torsionsschwingungsmodi können auch miteinander gekoppelt sein, wodurch die Lebensdauer der Schaufeln weiter verringert wird. Um diesen Effekten an reparierten Schaufelblättern entgegenzuwirken, behandelt das hierin offenbarte Reparaturverfahren die Druck- und die Saugseite 46, 48 des Schaufelblattes 64 mit Laserschockstrahlen, um laserschockbestrahlte Flecken oder Stellen 86 über dem Schweißauftrag 82 sowohl auf der Druck- als auch auf der Saugseite 46, 48 des Schaufelblattes 34 zu bilden, entweder nach dem Schritt zur nettogestaltnahen Bearbeitung oder nach dem Endbearbeitungsschritt nachdem der Schweißauftrag 82 eingeschweißt worden ist. Die laserschockbestrahlten Stellen 86 sollten sich sowohl auf der Druck- als auch auf der Saugseite 46, 48 des Schaufelblattes 34 über die Schweißstelle 82 hinaus/hinweg erstrecken, wie in den 1 und 3 veranschaulicht.
In der beispielhaften Ausführungsform des offenbarten Reparaturverfahrens wird das Schaufelblattmaterial 50 entlang lediglich der radial äußersten Abschnitte 85 der Vorder- und der Hinterkante LE, TE, die sich von der äußeren Spitze 38 aus zu der Basis des Schaufelblattes hin erstrecken, abgetragen. In früheren Reparaturverfahren wurde das Schaufelblattmaterial lediglich entlang einer radial äußeren Hälfte 28 des Schaufelblattes 34 maschinell abgetragen, wobei jedoch in dem vorliegenden Verfahren mit der Laserschockbestrahlung der Schweißstelle die Vorderkanten- und Hinterkanteneinschnitte 62, 63 sich bis zu etwa 90% der Spannweite entlang der Vorder- und der Hinterkante erstrecken können.
Wie ferner in 9 veranschaulicht, ist zwischen den Vorderkanten- und Hinterkanteneinschnitten 62, 63 und unbearbeiteten Abschnitten 74 des Schaufelblattes 34 zwischen den äußersten Abschnitten 85 der Vorder- und der Hinterkante LE, TE und der Basis 32 des Schaufelblattes 34 eine Kehle oder gerundete Ecke 30 geformt. In dieser beispielhaften Ausführungsform ist die abgerundete Ecke 30 eine teilkreisförmige Ecke mit einem Bogen 76 und einem Krümmungsradius R. Die äußersten Abschnitte 85 der Vorder- und der Hinterkante, die abgetragen werden, können sich bis zu etwa 90% der Spannweite S des Schaufelblattes 34 von der äußeren Spitze 38 zu der Basis 32 des Schaufelblattes hin erstrecken. Frühere Reparaturverfahren ohne Laserschockstrahlen haben nur zugelassen, dass sich die äußersten Abschnitte 85 über etwa 50% der Spannweite S erstreckten. Die Vorderkanten- und Hinterkanteneinschnitte 62, 63 haben eine maximale Einschnitttiefe 66, wie sie in 3 veranschaulicht ist und wie sie von der ursprünglichen unverschlissenen und unbeschädigten Vorderkante LE aus gemessen wird, wie in den 1 und 3 veranschaulicht. Das Laserschockbestrahlen der Schweißstelle ermöglicht eine Vergrößerung der maximalen Einschnitttiefe 66 auf etwa 0,2 Zoll oder in einem Bereich von 0,18 bis 0,22 Zoll im Vergleich zu Reparaturverfahren ohne Laserschockbestrahlung, die nur etwa 0,08 bis 0,12 Zollausgehend von Neuteilabmessungen der Vorder- und Hinterkante zuließen. Das Einbringen der tiefen Druckrestspannungen in die Schweißstelle ermöglicht eine Ausdehnung der früher maximal zugelassenen Spannweitenlänge SL des eingeschnittenen Bereiches 80 entlang der Vorder- und der Hinterkante LE, TE von etwa 50%, wie durch eine erste Länge L1 angezeigt, auf etwa 90%, wie durch eine zweite Länge L2 angezeigt, wie dies in den 10 und 11 veranschaulicht ist.
Der Schweißauftrag 82 wird durch eine grobe und anschließend eine endgültige Vergleichmäßigung oder Endbearbeitung des Schweißauftrags 82 maschinell herausgearbeitet, um die gewünschten Endmaße der Vorder- und der Hinterkante und der radial äußeren Spitze zu erhalten. Während der Grobbearbeitung wird die Schweißstelle 82 auf eine nettogestaltnahe Form bearbeitet und anschließend zu den endgültigen Maßen und Oberflächenglätten feinbearbeitet. Die gewünschten Endmaße der Schaufelblattvorderkante LE und der äußeren Schaufelblattspitze 38, insbesondere entlang der Schweißstelle 82, werden durch Profilierung der Vorderkante LE erhalten. Die Schweißparameter und Einschnitttiefen werden kontrolliert, um eine Schaufelblattverformung zu verhindern, die eine weitere Kaltverarbeitung erfordern würde, um das Schaufelblatt für den Einsatz zu qualifizieren. Die Schweißlagen können mittels eines automatisierten Plasma-Lichtbogenschweißprozesses entlang der eingeschnittenen Vorder- und Hinterkante und radial äußeren Spitze aufgebracht werden. Ein Liburdi Laws 500 Schweißzentrum ist eine geeignete Vorrichtung für diesen Prozess.
Die Schweißstelle 82 erleidet einen Verlust der Dauerschwingungsbelastbarkeit, und folglich enthält das vorliegende Verfahren ein Laserschockbestrahlen (LSP, Laser Shock Peening) der Druck- und der Saugseite 46, 48 des Schaufelblattes 34 in Bereichen A, die vollständig die Schweißstelle 82 umfassen. Die laserschockbestrahlten Flecken bzw. Stellen 86 enthalten laserschockbestrahlte Oberflächen 54, die in den Bereichen A ausgebildet sind, und den vorgespannten Bereich 56, der durch Laserschockstrahlen (LSP) verliehene tiefe Druckrestspannungen aufweist, die sich von den laserschockbestrahlten Oberflächen 54 aus in das Schaufelblatt 34 hinein erstrecken. Die vorgespannten Bereiche 56 erstrecken sich über die Schweißstelle 82 und den Vorderkanteneinschnitt 62 hinaus in das Schaufelblatt 34 hinein. Das Laserschockstrahlen kann entweder nach dem Grobbearbeiten oder nach dem nettogestaltnahen Bearbeiten des Schweißmaterials 72, um die nettogestaltnahe Form zu erhalten, oder nach dem endgültigen Ausgleich oder Oberflächenfinish, um die endgültigen Maße der Vorderkante LE und der radial äußeren Spitze 38 wiederherzustellen, durchgeführt werden. Die gesamte laserschockbestrahlte Oberfläche 54 ist durch einander überlappende laserschockbestrahlte kreisförmige Flecken 58 gebildet.
Das Laserschockbestrahlen bringt tiefe Druckrestspannungen in die druckvorgespannten Bereiche 56 ein. Die Druckrestspannungen betragen im Wesentlichen etwa 50–150 kpsi (Kilopfund pro Quadratzoll) und erstrecken sich von den laserschockbestrahlten Oberflächen 54 aus bis zu einer Tiefe von etwa 20–50 Millizoll in die laserschockinduzierten vorgespannten Bereiche 56 hinein. Die tiefen Druckrestspannungen können auch durch andere Kaltbearbeitungsverfahren, wie beispielsweise Walzen oder Polieren, eingebracht werden.
Die durch Laserstrahlstöße induzierten tiefen Druckrestspannungen werden durch wiederholtes Abfeuern eines hochenergetischen Laserstrahls erzeugt, der auf eine Oberfläche fokussiert wird, die mit einem Anstrichstoff überzogen ist, um Spitzenleistungsdichten des Betrags in einer Größenordnung von einem Gigawatt/cm² zu erzeugen. Der Laserstrahl kann durch eine Wand aus fließendem Wasser über der laserschockbestrahlten Oberfläche 54 abgefeuert werden, die gewöhnlich angestrichen oder in sonstiger Weise mit einem ablativen, abtragbaren Material überzogen ist, wobei das ablative Material durch Ablation unter Ausbildung von Plasma abgetragen wird, was zu Schockwellen auf der Oberfläche des Materials führt. Diese Schockwellen werden durch die Wand des fließenden Wassers zu der angestrichenen Oberfläche hin umgelenkt, um sich ausbreitende Schockwellen (Druckwellen) in dem Material unter der angestrichenen Oberfläche zu erzeugen. Die Amplitude und Menge dieser Schockwellen bestimmt die Tiefe und Intensität der Druckbelastungen. Das ablative Material wird verwendet, um die Zieloberfläche zu schützen und auch um Plasma zu generieren, wobei jedoch auch unbeschichtete Oberflächen durch Laserschockstrahlen behandelt werden können. Ablatiertes Material wird durch die Wand fließenden Wassers ausgewaschen.
Das Laserschockbestrahlen der Schweißstelle in einem reparierten Schaufelblatt, wie hierin beschrieben, kann das Schaufelblatt physisch „so gut wie neu” machen. Eine Hauptbeschränkung für eher konventionellere Schweißreparaturverfahren liegt darin, dass die reparierten Teile eine gegenüber Spezifikationen des Originalteileherstellers (OEM) verringerte Lebensdauer haben. Das Laserschockstrahlen der Reparaturschweißung, wie hierin offenbart, scheint, den Schweißlastposten der verringerten Lebensdauer der reparierten Komponente mit der Schweißstelle in dem reparierten Schaufelblatt zu verbessern oder vollständig zu überwinden. Das Laserschockbestrahlen der Reparaturschweißung kann auf ein Schaufelblatt angewandt werden, das ursprünglich entlang der Vorder- und/oder der Hinterkante und/oder der Spitze laserschockbestrahlt wurde.
Während hierin das, was als die bevorzugten und beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung angesehen wird, beschrieben worden ist, sollen weitere Modifikationen der Erfindung für Fachleute auf dem Gebiet ausgehend von der hierin enthaltenen Lehre offenkundig sein, und es ist folglich erwünscht, dass in den beigefügten Ansprüchen all derartige Modifikationen mit geschützt sein sollen, wie sie in den wahren Rahmen und Schutzumfang der Erfindung fallen. Demgemäß ist das, was wunschgemäß durch die Patentschrift (der Vereinigten Staaten) geschützt sein soll, die Erfindung, wie sie in den folgenden Ansprüchen definiert und abgegrenzt ist.
Zusammenfassung:
Ein Gasturbinenschaufelblatt wird repariert, indem Schaufelblattmaterial entlang wenigstens eines Abschnitts wenigstens einer von einer Vorder- und einer Hinterkante und einer radial äußeren Spitze unter Ausbildung wenigstens eines eingeschnittenen Bereiches abgetragen und durch Einschweißen aufeinanderfolgender Schweißlagen aus Schweißmaterial in den eingeschnittenen Bereich ein Schweißauftrag erzeugt wird. Gewünschte Endmaße des reparierten Schaufelblattes werden erhalten, indem etwas von dem Schweißlagenmaterial in dem Schweißauftrag abgetragen wird, wobei dann tiefe Druckrissspannungen in einen vorgespannten Bereich, der sich in den Schweißauftrag hinein erstreckt und diesen umfasst, und einen Abschnitt des Schaufelblattes benachbart zu dem Schweißauftrag eingebracht werden. Die Druckrissspannungen können entweder nach einer Grobbearbeitung oder nach einer endgültigen Feinbearbeitung nach der Schweißung eingebracht werden. Der eingeschnittene kann sich bis etwa 90% der Schaufelblattspannweite erstrecken und eine maximale Einschnitttiefe von bis zu etwa 0,22 Zoll haben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 4878953 [0005, 0005]
US 4726104 [0005]
US 6532656 [0035]

Claims

Verfahren zur Reparatur eines Gasturbinenschaufelblatts, das einen Rand aufweist, der eine Vorder- und eine Hinterkante sowie eine radial äußere Spitze enthält, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Abtragen von Schaufelblattmaterial entlang wenigstens eines Abschnitts des Randes, um wenigstens einen eingeschnittenen Bereich in dem Schaufelblatt zu bilden, wobei der eingeschnittene Bereich entlang wenigstens eines Abschnitts von wenigstens einer der Kanten und/oder der äußeren Spitze des Schaufelblattes angeordnet ist, Erzeugen eines Schweißauftrags in dem eingeschnittenen Bereich durch Einschweißen aufeinanderfolgender Schweißlagen von Schweißmaterial in den eingeschnittenen Bereich beginnend mit einer ersten Schweißlage auf einer Schweißoberfläche des Schaufelblattes entlang des eingeschnittenen Bereiches, Abtragen eines Teils des Schweißlagenmaterials in dem Schweißauftrag, um gewünschte Endmaße von wenigstens einer der Kanten und/oder der äußeren Spitze des Schaufelblattes zu erhalten, und Einbringen tiefer Druckrestspannungen in einen vorgespannten Bereich, der sich in den Schweißauftrag hinein erstreckt und diesen umfasst, und einen Abschnitt des Schaufelblattes neben dem Schweißauftrag.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner aufweist, dass das Abtragen von Schaufelblattmaterial entlang der Vorder- und/oder der Hinterkante ein Abtragen von Schaufelblattmaterial entlang lediglich der radial äußersten Abschnitte der Vorder- und/oder der Hinterkante enthält, die sich von der äußeren Spitze aus zu einer Basis des Schaufelblattes hin erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner aufweist, dass die äußersten Abschnitte der Vorder- und/oder der Hinterkante eine Spannweitenlänge von bis zu und einschließlich etwa 90% einer Spannweite des Schaufelblattes von der äußeren Spitze zu der Basis des Schaufelblattes hin aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 3, das ferner aufweist, dass das Abtragen von Schaufelblattmaterial entlang der Vorder- und/oder der Hinterkante ein Bilden einer abgerundeten Ecke zwischen den Vorderkanten- und/oder Hinterkanteneinschnitten und unbearbeiteten Abschnitten des Schaufelblattes zwischen den äußersten Abschnitten der Vorder- und/oder Hinterkante und der Basis des Schaufelblattes enthält.
Verfahren nach Anspruch 4, das ferner aufweist, dass die abgerundete Ecke eine teilkreisförmige Ecke mit einem Bogen und einem Krümmungsradius ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner aufweist, dass der eingeschnittene Bereich eine maximale Einschnitttiefe von bis zu etwa 0,22 Zoll aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6, das ferner aufweist, dass das Abtragen von Schaufelblattmaterial entlang der Vorder- und/oder der Hinterkante ein Abtragen von Schaufelblattmaterial entlang lediglich der radial äußersten Abschnitte der Vorder- und/oder der Hinterkante enthält, die sich von der äußeren Spitze aus zu einer Basis des Schaufelblattes hin erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 7, das ferner aufweist, dass die äußersten Abschnitte der Vorder- und/oder der Hinterkante eine Länge in Spannweitenrichtung bis zu und einschließlich etwa 90% einer Spannweite des Schaufelblattes von der äußeren Spitze zu der Basis des Schaufelblattes hin aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner aufweist, dass das Abtragen von Schaufelblattmaterial entlang der Vorder- und/oder der Hinterkante ein Formen einer abgerundeten Ecke zwischen den Vorderkanten- und Hinterkanteneinschnitten und unbearbeiteten Abschnitten des Schaufelblattes zwischen den äußersten Abschnitten der Vorder- und/oder Hinterkante und der Basis des Schaufelblattes enthält.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner aufweist, dass die abgerundete Ecke eine teilkreisförmige Ecke mit einem Bogen und einem Krümmungsradius ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner aufweist, dass das Abtragen eines Teils des Schweißlagenmaterials in dem Schweißauftrag, um gewünschte Endmaße von wenigstens einer von der Vorder- und Hinterkante und der äußeren Spitze des Schaufelblattes zu erhalten, eine Grobbearbeitung und anschließend eine endgültige Feinbearbeitung des Schweißauftrags enthält.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner ein Einbringen der tiefen Druckrissspannungen nach der Grobbearbeitung oder nach der endgültigen Feinbearbeitung des Schweißauftrags aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner aufweist, dass das Abtragen von Schaufelblattmaterial entlang der Vorder- und/oder der Hinterkanten ein Abtragen von Schaufelblattmaterial entlang lediglich der radial äußersten Abschnitte der Vorder- und/oder Hinterkante enthält, die sich von der äußeren Spitze aus zu einer Basis des Schaufelblattes hin erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner aufweist, dass die äußersten Abschnitte der Vorder- und/oder Hinterkante eine Länge in Spannweitenrichtung von bis zu und einschließlich etwa 90% einer Spannweite des Schaufelblattes von der äußeren Spitze aus zu der Basis des Schaufelblattes hin aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner aufweist, dass das Abtragen von Schaufelblattmaterial entlang der Vorder- und/oder der Hinterkante ein Ausbilden einer abgerundeten Ecke zwischen den Vorderkanten- und/oder Hinterkanteneinschnitten und unbearbeiteten Abschnitten des Schaufelblattes zwischen den äußersten Abschnitten der Vorder- und/oder Hinterkante und der Basis des Schaufelblattes enthält.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner aufweist, dass die abgerundete Ecke eine teilkreisförmige Ecke mit einem Bogen und einem Krümmungsradius ist.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner aufweist, dass der eingeschnittene Bereich eine maximale Einschnitttiefe von bis zu 0,22 Zoll aufweist.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner aufweist, dass das Abtragen von Schaufelblattmaterial entlang der Vorder- und/oder der Hinterkante ein Abtragen von Schaufelblattmaterial entlang lediglich der radial äußersten Abschnitte der Vorder- und/oder der Hinterkante enthält, die sich von der äußeren Spitze aus zu einer Basis des Schaufelblattes hin erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 18, das ferner aufweist, dass die äußersten Abschnitte der Vorder- und/oder der Hinterkante eine Länge in Spannweitenrichtung von bis zu und einschließlich etwa 90% einer Spannweite des Schaufelblattes von der äußeren Spitze zu der Basis des Schaufelblattes hin aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 19, das ferner aufweist, dass das Abtragen von Schaufelblattmaterial entlang der Vorder- und der Hinterkante ein Ausbilden einer abgerundeten Ecke zwischen den Vorderkanten- und/oder Hinterkanteneinschnitten und unbearbeiteten Abschnitten des Schaufelblattes zwischen den äußersten Abschnitten der Vorder- und/oder Hinterkante und der Basis des Schaufelblattes enthält.
Verfahren nach Anspruch 20, das ferner aufweist, dass die abgerundete Ecke eine teilkreisförmige Ecke mit einem Bogen und einem Krümmungsradius ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner aufweist, dass das Einbringen der tiefen Druckrestspannungen in einen vorgespannten Bereich, der sich in den Schweißauftrag hinein erstreckt und diesen umfasst, ein Laserschockbestrahlen des Schweißauftrags enthält.
Verfahren nach Anspruch 22, das ferner aufweist, dass das Laserschockbestrahlen des Schweißauftrags ein Laserschockbestrahlen der Druck- und der Saugseite des Schaufelblattes enthält.
Verfahren nach Anspruch 23, das ferner aufweist, dass das Laserschockbestrahlen des Schweißauftrags ein Laserschockbestrahlen des dem Schweißauftrag benachbarten Abschnitts des Schaufelblattes enthält.
Verfahren nach Anspruch 24, das ferner aufweist, dass das Abtragen von Schaufelblattmaterial entlang der Vorder- und/oder der Hinterkante ein Abtragen von Schaufelblattmaterial entlang lediglich der radial äußersten Abschnitte der Vorder- und/oder der Hinterkante enthält, die sich von der äußeren Spitze aus zu einer Basis des Schaufelblattes hin erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 25, das ferner aufweist, dass die äußersten Abschnitte der Vorder- und/oder der Hinterkante eine Spannweitenlänge von bis zu und einschließlich etwa 90% einer Spannweite des Schaufelblattes von der äußeren Spitze zu der Basis des Schaufelblattes hin aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 26, das ferner aufweist, dass das Abtragen von Schaufelblattmaterial entlang der Vorder- und/oder der Hinterkante ein Bilden einer abgerundeten Ecke zwischen den Vorderkanten- und/oder Hinterkanteneinschnitten und unbearbeiteten Abschnitten des Schaufelblattes zwischen den äußersten Abschnitten der Vorder- und/oder Hinterkante und der Basis des Schaufelblattes enthält.
Verfahren nach Anspruch 27, das ferner aufweist, dass die abgerundete Ecke eine teilkreisförmige Ecke mit einem Bogen und einem Krümmungsradius ist.
Verfahren nach Anspruch 24, das ferner aufweist, dass der eingeschnittene Bereich eine maximale Einschnitttiefe von bis zu etwa 0,22 Zoll aufweist.
Verfahren nach Anspruch 29, das ferner aufweist, dass das Abtragen von Schaufelblattmaterial entlang der Vorder- und/oder der Hinterkante ein Abtragen von Schaufelblattmaterial entlang lediglich der radial äußersten Abschnitte der Vorder- und/oder der Hinterkante enthält, die sich von der äußeren Spitze aus zu einer Basis des Schaufelblattes hin erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 30, das ferner aufweist, dass die äußersten Abschnitte der Vorder- und/oder der Hinterkante eine Spannweitenlänge von bis zu und einschließlich etwa 90% einer Spannweite des Schaufelblattes von der äußeren Spitze zu der Basis des Schaufelblattes hin aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 31, das ferner aufweist, dass das Abtragen von Schaufelblattmaterial entlang der Vorder- und/oder der Hinterkante ein Bilden einer abgerundeten Ecke zwischen den Vorderkanten- und/oder Hinterkanteneinschnitten und unbearbeiteten Abschnitten des Schaufelblattes zwischen den äußersten Abschnitten der Vorder- und/oder Hinterkante und der Basis des Schaufelblattes enthält.
Verfahren nach Anspruch 32, das ferner aufweist, dass die abgerundete Ecke eine teilkreisförmige Ecke mit einem Bogen und einem Krümmungsradius ist.
Verfahren nach Anspruch 24, das ferner aufweist, dass das Abtragen eines Teils des Schweißlagenmaterials in dem Schweißauftrag, um gewünschte Endmaße von wenigstens einer der Kanten und/oder der äußeren Spitze des Schaufelblattes zu erhalten, eine Grobbearbeitung und anschließend eine endgültige Feinbearbeitung des Schweißauftrags enthält.
Verfahren nach Anspruch 34, das ferner ein Einbringen der tiefen Druckrissspannungen nach der Grobbearbeitung oder nach der endgültigen Feinbearbeitung des Schweißauftrags aufweist.
Verfahren nach Anspruch 35, das ferner aufweist, dass das Abtragen von Schaufelblattmaterial entlang der Vorder- und/oder der Hinterkante ein Abtragen von Schaufelblattmaterial entlang lediglich der radial äußersten Abschnitte der Vorder- und/oder der Hinterkante enthält, die sich von der äußeren Spitze aus zu einer Basis des Schaufelblattes hin erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 36, das ferner aufweist, dass die äußersten Abschnitte der Vorder- und/oder der Hinterkante eine Spannweitenlänge von bis zu und einschließlich etwa 90% einer Spannweite des Schaufelblattes von der äußeren Spitze zu der Basis des Schaufelblattes hin aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 37, das ferner aufweist, dass das Abtragen von Schaufelblattmaterial entlang der Vorder- und/oder der Hinterkante ein Bilden einer abgerundeten Ecke zwischen den Vorderkanten- und/oder Hinterkanteneinschnitten und unbearbeiteten Abschnitten des Schaufelblattes zwischen den äußersten Abschnitten der Vorder- und/oder Hinterkante und der Basis des Schaufelblattes enthält.
Verfahren nach Anspruch 38, das ferner aufweist, dass die abgerundete Ecke eine teilkreisförmige Ecke mit einem Bogen und einem Krümmungsradius ist.
Verfahren nach Anspruch 35, das ferner aufweist, dass der eingeschnittene Bereich eine maximale Einschnitttiefe von bis zu etwa 0,22 Zoll aufweist.
Verfahren nach Anspruch 40, das ferner aufweist, dass das Abtragen von Schaufelblattmaterial entlang der Vorder- und/oder der Hinterkante ein Abtragen von Schaufelblattmaterial entlang lediglich der radial äußersten Abschnitte der Vorder- und/oder der Hinterkante enthält, die sich von der äußeren Spitze aus zu einer Basis des Schaufelblattes hin erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 41, das ferner aufweist, dass die äußersten Abschnitte der Vorder- und/oder der Hinterkante eine Spannweitenlänge von bis zu und einschließlich etwa 90% einer Spannweite des Schaufelblattes von der äußeren Spitze zu der Basis des Schaufelblattes hin aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 42, das ferner aufweist, dass das Abtragen von Schaufelblattmaterial entlang der Vorder- und/oder der Hinterkante ein Bilden einer abgerundeten Ecke zwischen den Vorderkanten- und/oder Hinterkanteneinschnitten und unbearbeiteten Abschnitten des Schaufelblattes zwischen den äußersten Abschnitten der Vorder- und/oder Hinterkante und der Basis des Schaufelblattes enthält.
Verfahren nach Anspruch 43, das ferner aufweist, dass die abgerundete Ecke eine teilkreisförmige Ecke mit einem Bogen und einem Krümmungsradius ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner ein Festsetzen einer Lebensdauer einer reparierten Komponente, die das reparierte Gasturbinenschaufelblatt enthält, im Wesentlich bei der oder größer als die Lebensdauer einer neuen OEM-Komponente aufweist.
Repariertes Gasturbinenschaufelblatt, das aufweist: einen Rand, der eine Vorder- und eine Hinterkante sowie eine radial äußere Spitze enthält, wenigstens einen eingeschnittenen Bereich in wenigstens einem Abschnitt des Randes, wobei der eingeschnittene Bereich entlang wenigstens eines Abschnitts wenigstens einer der Kanten und/oder der äußeren Spitze des Schaufelblattes angeordnet ist, einen Schweißauftrag, der aufeinanderfolgende Schweißlagen eines Schweißmaterials in dem eingeschnittenen Bereich mit einer ersten Schweißlage auf einer Schweißoberfläche des Schaufelblattes entlang des eingeschnittenen Bereiches enthält, und tiefe Druckrestspannungen, die in einem vorgespannten Bereich, der sich in den Schweißauftrag hinein erstreckt und diesen umfasst, und einem Abschnitt des Schaufelblattes benachbart zu dem Schweißauftrag eingebracht sind.
Repariertes Gasturbinenschaufelblatt nach Anspruch 46, das ferner aufweist, dass der eingeschnittene Bereich entlang wenigstens einer der Vorder- oder Hinterkante in einem radial äußersten Abschnitt der Vorder- und/oder Hinterkante angeordnet ist und sich von der äußeren Spitze zu einer Basis des Schaufelblattes hin erstreckt.
Repariertes Gasturbinenschaufelblatt nach Anspruch 47, das ferner aufweist, dass der äußerste Abschnitt der Vorder- oder Hinterkante eine Länge in Spannweitenrichtung von bis zu und einschließlich etwa 90% einer Spannweite des Schaufelblattes von der äußeren Spitze zu der Basis des Schaufelblattes hin aufweist.
Repariertes Gasturbinenschaufelblatt nach Anspruch 48, das ferner eine abgerundete Ecke zwischen den Vorderkanten- und/oder Hinterkanteneinschnitten und unbearbeiteten Abschnitten des Schaufelblattes zwischen den äußersten Abschnitten der Vorder- und/oder Hinterkante und der Basis des Schaufelblattes aufweist.
Repariertes Gasturbinenschaufelblatt nach Anspruch 49, das ferner aufweist, dass die abgerundete Ecke eine teilkreisförmige Ecke mit einem Bogen und einem Krümmungsradius ist.
Repariertes Gasturbinenschaufelblatt nach Anspruch 47, das ferner aufweist, dass der eingeschnittene Bereich eine maximale Einschnitttiefe von bis zu etwa 0,22 Zoll aufweist.
Repariertes Gasturbinenschaufelblatt nach Anspruch 51, das ferner aufweist, dass der eingeschnittene Bereich entlang wenigstens einer der Vorder- oder Hinterkante in einem radial äußersten Abschnitt der Vorder- und/oder Hinterkante angeordnet ist und sich von der äußeren Spitze zu einer Basis des Schaufelblattes hin erstreckt.
Repariertes Gasturbinenschaufelblatt nach Anspruch 52, das ferner aufweist, dass der äußerste Abschnitt der Vorder- oder Hinterkante eine Länge in Spannweitenrichtung von bis zu und einschließlich etwa 90% einer Spannweite des Schaufelblattes von der äußeren Spitze zu der Basis des Schaufelblattes hin aufweist.
Repariertes Gasturbinenschaufelblatt nach Anspruch 54, das ferner eine abgerundete Ecke zwischen den Vorderkanten- und/oder Hinterkanteneinschnitten und unbearbeiteten Abschnitten des Schaufelblattes zwischen den äußersten Abschnitten der Vorder- und/oder Hinterkante und der Basis des Schaufelblattes aufweist.
Repariertes Gasturbinenschaufelblatt nach Anspruch 54, das ferner aufweist, dass die abgerundete Ecke eine teilkreisförmige Ecke mit einem Bogen und einem Krümmungsradius ist.
Repariertes Gasturbinenschaufelblatt nach Anspruch 55, das ferner eine Lebensdauer einer reparierten Komponente, die das reparierte Gasturbinenschaufelblatt enthält, im Wesentlichen bei der oder größer als die Lebensdauer einer neuen OEM-Komponente aufweist.
Repariertes Gasturbinenschaufelblatt nach Anspruch 46, wobei die tiefen Druckrestspannungen durch Laserschockstrahlen eingebracht sind.