Komponentenreparatur

Weit mehr als nur eine Reparatur für Gasturbinen

Komponenten von Gasturbinen werden über eine Reihe metallurgischer Prozesse überholt, die die metallurgischen und dimensionalen Eigenschaften der Komponente wiederherstellen sollen. Sulzer bietet die Reparatur und Überholung von Komponenten, um Ihre Maschine zuverlässiger zu machen.

Risse mithilfe von Röntgenstrahlen erkennen

Sobald wir die Analyse abgeschlossen haben, können wir die bestehende Beschichtung entfernen. Wir wählen, basierend auf dem Zustand und der Zusammensetzung der Beschichtung, ein geeignetes Chemikalienbad zur Entfernung der bestehenden Beschichtung aus.

Wir dokumentieren die Ergebnisse der NDT-Inspektion und markieren diese auf den Komponenten. Anschliessend vermessen wir die Dimensionen der Teile mit Werkzeugen, die von Messschiebern bis zu den modernsten optischen 3D-Scannern reichen, und dokumentieren die Ergebnisse.

Inspektion

Der nächste Schritt ist eine Inspektion durch zerstörungsfreie Prüfung (ZfP). Wir wenden eines der drei Hauptverfahren an: 

  • In den meisten Fällen führen wir die FPI (fluoreszierende Penetrationsinspektion) durch, um nicht-magnetische Legierungen, wie Superliegerungen auf Nickel- und Kobaltbasis, zu untersuchen. In diesem Prozess bespritzen wir die Teile mit einer flüssigen fluoreszierenden Farbe. Aufgrund der Kapillarkräfte wird die Flüssigkeit von Rissen und anderen Defekten absorbiert. Nach dem Einweichen, Spülen und Trocknen der Oberfläche werden auch kleinste Risse unter dem UV-Licht sichtbar.
  • Die Wirbelstromprüfung ist eine Alternative zur FPI. Dieses deutlich aufwendigere Verfahren eignet sich zur Erkennung geschlossener Risse und insbesondere von Rissen aufgrund hochzyklischer Ermüdung. Diese sind möglicherweise nicht gross genug für die FPI, können aber mit der Wirbelstromprüfung erkannt werden.
  • Auch die Röntgenstrahlerkennung wird zur Erkennung von Rissen verwendet, jedoch nur für Risse, die parallel zu den Röntgenstrahlen verlaufen. Aus diesem Grund ist dies keine Routineuntersuchung, sondern wird nach Bedarf verwendet.

Reparaturprozess

Der Reparaturprozess umfasst grundsätzlich die kontrollierte Entfernung und Zugabe von Material. Zwischen diesen Schritten könnten Wärmebehandlungen erforderlich werden. Das Entfernen von Material gehört zu den mühsamsten Aufgaben der Reparatur. Es ist wichtig, dass nicht-regenerierbares Material vor der Zugabe von neuem Material gründlich entfernt wird.  

Die Sauberkeit der Oberfläche ist von höchster Bedeutung für die meisten Prozesse zur Materialzugabe. Wir entfetten und strahlen die Komponenten nach fast jedem Schritt des Reparaturprozesses. Es gibt zwei Hauptverfahren zum Kugelstrahlen:

  • durch ätzende Partikel, die Oberflächenschichten durch Abrasion entfernen
  • durch metallische Partikel, die die Oberfläche glätten und keramische Verschmutzungen entfernen
Schweissen ist Teil des Reparaturprozesses

Schweissen

Beim Schweissen wird ein Schweisszusatz zur Zugabe von Material verwendet. Schweissen kreiert Zwischenschichten, die beim Schweissen flüssig sind und eine gemischte Zusammensetzung aus Grundmaterial und Füllmaterial haben. In Bezug auf die Materialzusammensetzung ist dieser Bereich inhomogen. Wenn das Grundmaterial selbst nicht schmilzt, wird eine Zone geformt, in der die Mikrostruktur des Grundmaterials verändert wird. Das ist die Wärmeeinflusszone.
 
Wolfram-Inertgasschweissen wird häufig für Reparaturen verwendet, da es der vielseitigste Schweissprozess für diesen Zweck ist. Für nickelbasierte Superlegierungen wird das Schweissen in einer Argonatmosphäre innerhalb einer Glove-Box durchgeführt. Laserschweissen wird für wiederholte Serienreparaturen verwendet sowie zum Schweissen mit hochlegiertem Schweisszusatz in DS- und SX-Material.

Das überschüssige Schweissmaterial muss maschinell oder per Hand entfernt werden. Gut geschultes Personal kann dies mit höchster Präzision ausführen.

Löten

Eine Lötlegierung enthält Elemente, die den Schmelzpunkt der Legierung absenken, damit diese zur Verbindung von Teilen verwendet werden kann.
 
Idealerweise sollte die Lötlegierung unter dem Schmelzpunkt des Grundmetalls schmelzen. Andererseits muss die Lötlegierung in der Lage sein, allen abschliessenden Wärmebehandlungen standzuhalten, die auf die Komponente angewandt werden. Das bestimmt die zulässigen Schmelzintervalle von Lötlegierungen mit hoher Temperatur (auf Nickel- und Kobaltbasis).
 
Superlegierungen auf Nickelbasis enthalten Aluminium und Titan für eine gute Kriechbeständigkeit. Diese Elemente sind sehr reaktiv mit Sauerstoff. Aus diesem Grund kann das Löten nur in Hochvakuumöfen bei Temperaturen über 1.100 °C (2.000 °F) durchgeführt werden.
 
Lötmischungen werden für Überlagerungsreparaturen verwendet Das sind Mischungen aus Superlegierungspulver und Lötpaste, die eine dichte, halbgeschmolzene Masse auf den Reparaturbereichen formen. Nach dem Aushärten bietet die Lötmischung eine Kriechfestigkeit, die mit gegossenen, hochfesten Superlegierungen vergleichbar ist.
 
Da die Teile einheitlich aufgewärmt und abgekühlt werden, sorgt Löten für kaum bis keine Verzerrung.
 
Typische Lötanwendungen sind:

  • Verbindungsstellen: z. B. Löten von Honeycomb-Dichtungen
  • Oberflächenreparatur (auch in Bereichen starker Belastung) zur Wiederherstellung von korrodierten, abgenutzten oder angefressenen Bereichen

Die Erfahrung im Einsatz von diesen Lötreparaturen ist sehr gut. Sulzer repariert seit vielen Jahren Komponenten mit dieser Technologie. Komponenten können wiederholt repariert werden und die Lötmischungen sind nach dem Service in der Regel in einem guten Zustand.
 
Elemente, die den Schmelzpunkt senken, produzieren eine begrenzte Menge spröder Phasen in dem gefestigten Material. Während des Betriebs werden die drei Phasen abgerundet und die moderate Dehnbarkeit der Lötreparaturen nimmt über die Zeit zu.
 
Nach der Reparatur öffnen und messen wir Kühllöcher per Elektroerosion (EDM) oder Fräsen. Anschliessend führen wir eine Durchflussprüfung durch.
 
Der Reparaturprozess wird durch die Beschichtung und abschliessende Wärmebehandlung abgeschlossen.

Zusätzliche Dienstleistungen

Nach der eigentlichen Reparatur, Überholung und Beschichtung bietet Sulzer auch eine Reihe zusätzlicher Dienstleistungen an:
 

  • Kugelstrahlen wird verwendet, um Druckspannungen in Oberflächen zu schaffen, die anfällig für Materialermüdung sind, wie z. B. Schaufelfüsse.
  • Schaufeln werden in der Regel als Set per Moment-Gewicht-Berechnung und -Sortierung ausgewuchtet. Dabei empfiehlt sich, möglichst nah an der ursprünglichen Abfolge zu bleiben. Das wird über das spezielle Design in der Sortierung erzielt.
  • Leitschaufeln müssen gemäss bekannter und einheitlicher Durchflussweiten repariert werden. Folgend Punkte werden geprüft und dokumentiert.
  • Ein Bericht über den Zustand und die Lebensdauer könnte erforderlich sein. Das erfordert eine zerstörende Analyse von einer oder mehreren Komponenten und muss möglichst direkt nach dem Erhalt der Komponenten durchgeführt werden. Da die Lebensdauer der für die Reparatur ausgewählten Komponenten nur selten sehr gering ist, beginnen wir den Reparaturprozess gleichzeitig mit dieser Untersuchung. Teil der Untersuchung sind Tests des Kriechverhaltens, die mehrere Wochen’ Bearbeitung erfordern.
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