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Monday, September 16, 2019, Saal 2 10:00 AM Energieerzeugung |
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Additives Laserstrahlauftragschweißen mittels koaxialen Direktdiodenlasersystem zur Reparatur von Gasturbinengehäusen |
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Nils Brocke / OSCAR PLT GmbH, Sachsen Michael Schnick* / OSCAR PLT GmbH, Deutschland Torsten Jokisch/ Siemens AG, Deutschland Angelina Marko/ Fraunhofer IPK , Deutschland Peter Fixemer/ Scansonic MI GmbH , Deutschland |
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Das Laserauftragschweißen für die additive Fertigung und Reparaturaufgaben werden im Bereich von Turbinen und Energiemaschinen zumeist mit der Fertigung und Reparatur von Turbinenschaufeln in Verbindung gebracht. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Reparatur von Struktur- und Gehäusebauteilen von Turbinen aus Nickel-Basiswerkstoffen oder Stahlguss. Bisher wurden etwaige Fehler, z.B. Lunker oder Porennester, mittels WIG-Handschweißen nachgearbeitet. Der große lokale Energieeintrag des Lichtbogenverfahrens führt hierbei sowohl zu hohen lokalen Eigenspannungen und Verzug als auch zu Gefügeeigenschaften, die eine Wärmebehandlung des zum Teil mehre Meter großen Gehäusebauteils erfordern. Inhalt eines von SIEMENS (Power and Gas, Berlin) initiierten Ent¬wicklungsprojektes ist die Substitution des WIG Schweißens durch einen automatisierten und inline geregelten Laser¬auf¬tragschweißprozess, der zum einen höheren Automatisierungsgrad und höhere Qualität ermöglicht und zum anderen durch präzise Energieführung die Wärmenachbehandlung überflüssig macht. Im Beitrag wird ein robotergeführtes koaxiales Direktdiodenlasersystem vorgestellt, bei dem der Zusatzwerkstoff entweder als (Heiß-)Draht oder als Pulver zentrisch zugeführt wird. Die Laserstrahlung wird durch 6 ringförmig um die Werkstoffzuführung angeordnete Diodenlaser-module im Laserkopf erzeugt, wobei durch Einzelbestromung der Module erstmals die Energiever-teilung im ringförmigen Laserstrahl entsprechend der Bearbeitungsrichtung und den Prozessan-forderungen angepasst wird. Auf Basis der TCP-Geschwindigkeit und Bildauswertung der Schmelz-badgeometrie wurde zusätzlich eine inline-Prozessregelung realisiert. Im zweiten Teil des Beitrages wird die Entwicklung des Schweißprozesses an den Reparaturmulden vorgestellt. Zur Unterstützung der Prozessentwicklung wurden mittels eines FEM Modells die Temperaturverteilung beim Auftrag¬schweißen berechnet und Einbrandtiefe oder mögliche Benetzungsfehler in Abhängigkeit von Vorschub, Drahtausbringung und Laserleistung und -energieverteilung analysiert. Am Beispiel von konkreten Reparatur¬schweißungen an Standardmulden wird u. A. gezeigt, dass beim Laserdrahtschweißen von IN718 durch Schichtdicken unter 0,3 mm und deren Kreuzversatz kolumnares Kornwachstum und kritische Werkstoffphasen vermieden werden. Die Schwei߬ergebnisse werden anhand von metallographische Untersuchungen und Zugproben erläutert. |