Teilprojekt T5 Einkristallines Laserstrahlschweißen auf Turbinenschaufeln

Im Rahmen des Transferprojektes werden die Erkenntnisse aus dem SFB 871 B5 basierend auf dem einkristallinen Laserstrahlschweißen unter industriellen Bedingungen auf Hochdruckturbinenleit- und –laufschaufeln übertragen. Das Projekt kann hierbei in drei wesentliche Bereiche aufgeteilt werden. In dem ersten Bereich liegt der Fokus auf der Regeneration der Hochdruckturbinenlaufschaufelspitzen. In dem zweiten Bereich wird die Regeneration von definierten Schadensbildern an Hochdruckturbinenleitschaufeln untersucht. In dem dritten Bereich wird eine Datenbank entwickelt, welches die die untersuchten Schadensbilder mitsamt den dazugehörigen Regenerationsvorschlägen beinhaltet.

MOTIVATION UND ZIELSETZUNG

Unbeschichtete Hochdruckturbinen-Laufschaufel (c) LZH

Turbinenschaufeln aus Flugzeugtriebwerken werden abhängig von ihrer Funktion und insbesondere Position aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt. Um die steigenden Ansprüche an diese Triebwerke realisieren und gleichzeitig die Effizienz der Triebwerke steigern zu können, werden einkristalline Nickelbasis-Superlegierungen für Hochdruckturbinenschaufeln eingesetzt. Sie erfahren hohe thermische sowie mechanische Belastungen, die zu Verschleißerscheinungen, wie beispielsweise in Form von Rissbildungen im einkristallinen Grundmaterial, führen. Im Rahmen des Teilprojektes B5 wurde die grundlegende Instandsetzung defekter, einkristallin hergestellter Hochdruckturbinenschaufeln untersucht. Im darauf aufbauenden Transferprojekt T5 werden die gewonnen Erkenntnisse unter industriellen Bedingungen auf Turbinenschaufeln übertragen, die sowohl in ihrer Materialzusammensetzung als auch Geometrie abweichen. Dieser Transfer ist essentiell für eine Reparatur verschiedener Turbinenschaufeln, da der Reparaturerfolg eine Materialabhängigkeit vorweist.

Das Vorhaben gliedert sich in drei wesentliche Bereiche. Im ersten Bereich wird die Instandsetzung von defekten, einkristallinen Laufschaufelspitzen betrachtet. Der zweite Bereich beinhaltet die Reparatur von Leitschaufeln. Diese weisen im Vergleich zu der Laufschaufel nicht nur eine stark abweichende Geometrie und Materialzusammensetzung auf, sondern auch verschiedene Schadensbilder. Die Entwicklung und Umsetzung von schadensbildabhängigen Reparaturverfahren steht hierbei im Fokus. In dem dritten Bereich wird das Ziel verfolgt die untersuchten Schäden mitsamt den hierfür entwickelten Reparaturstrategien in einer Datenbank festzuhalten. Die Motivation ist das anwenderfreundliche Anbieten von schadensbildabhängigen Reparaturvorschlägen.

ERGEBNISSE

Auf Basis des Teilprojektes B5 konnte das Reparaturverfahren grundsätzlich auf dieses Projekt transferiert werden. Notwendige Materialien und Mittel wurden zur Regeneration bereitgestellt. Die Reparatur erfolgt im Rahmen der additiven Fertigung in Form des Laserauftragschweißens. Aufgrund der zum Teilprojekt B5 abweichenden Materialzusammensetzung der Hochdruckturbinenlaufschaufel wird der Prozess an die neuen Bedingungen angepasst. Des Weiteren konnten in enger Absprache mit dem Projektpartner MTU die verschiedenen Fehlerbilder der Leitschaufel kategorisiert werden.

Exemplarische Bilder von Defekten an einer Hochdruckturbinen-Leitschaufel (c) LZH

AKTUELLE ARBEITEN UND AUSBLICK

Im weiteren Verlauf wird die Reparatur den Anforderungen entsprechend optimiert. Hierzu zählt die Steigerung der Prozessgeschwindigkeit, um die Grenzen dieses Verfahrens effizient ausschöpfen zu können. Darüber hinaus wird die Reparatur an Hochdruckturbinenleitschaufeln erfolgen. In diesem Rahmen wird der Reparaturprozess materialspezifisch optimiert. Durch die Einarbeitung der Ergebnisse in die Schadensdatenbank wird die Möglichkeit zur Reparatur auf weitere Schadensbilder erweitert. Grundsätzlich erfolgt ein Austausch der resultierenden Erkenntnisse aus dem Transferprojekt T5 mit den themenbezogenen Teilprojekten des SFB- 871. Somit soll die Anwendbarkeit der Rekonturierungsprozesse praxisnah erfolgen.


VERÖFFENTLICHUNGEN

Alle Veröffentlichungen des Sonderforschungsbereiches

TEILPROJEKTLEITER

Dr.-Ing. Stefan Kaierle
Adresse
Laser Zentrum Hannover
Hollerithallee 8
30419 Hannover
Dr.-Ing. Stefan Kaierle
Adresse
Laser Zentrum Hannover
Hollerithallee 8
30419 Hannover
Prof. Dr.-Ing. Volker Wesling
Adresse
Laser Zentrum Hannover
Hollerithallee 8
30419 Hannover
Prof. Dr.-Ing. Volker Wesling
Adresse
Laser Zentrum Hannover
Hollerithallee 8
30419 Hannover

MITARBEITER

Vurgun Sayilgan
Adresse
Laser Zentrum Hannover
Hollerithallee 8
30419 Hannover
Vurgun Sayilgan
Adresse
Laser Zentrum Hannover
Hollerithallee 8
30419 Hannover