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Die Kosten für eine einzige Turbinenschaufel können bis zu 15.000 € betragen, wobei modernste<br />
Turbinen bis zu 300 Schaufeln besitzen /Tur05/. Diese Zahlen verdeutlichen die Relevanz<br />
der Instandhaltung, Reparatur und Wartung aus betriebswirtschaftlicher Sicht, insbesondere<br />
vor dem Hintergrund, dass sich die Kosten eines Turbinenschaufelsatzes im Verhältnis<br />
zur Gesamtturbine auf etwa 40 % belaufen. Somit ist ein Austausch dieser Hightech-Komponenten<br />
für die Kraftwerksbetreiber mit hohen finanziellen Aufwendungen verbunden. Dagegen<br />
beläuft sich der finanzielle Aufwand einer Reparatur im Vergleich zur Neuanschaffung<br />
einer Turbinenschaufel auf nicht mal 50 % /Ing13/.<br />
So kann durch die Reparatur die Lebensdauer der Turbinenschaufel – einmalige Reparatur<br />
vorausgesetzt – um bis zu 100 % verlängert werden /Arj11/. Die Instandsetzung der defekten<br />
Bauteilbereiche wird heutzutage hauptsächlich mit Schweißverfahren durchgeführt. Dabei sind<br />
das Wolfram-Inertgasschweißen und das Laserstrahlschweißen industriell etablierte Verfahren.<br />
Vor allem laserbasierte Verfahren gewinnen ein immer stärkeres Maß an Bedeutung bei<br />
der Reparatur von Turbinenschaufeln und ermöglichen durch den Einsatz ausscheidungshärtender<br />
Schweißzusatzwerkstoffe die artgleiche/artähnliche Reparatur. Aufgrund der ausgeprägten<br />
Neigung zur Bildung von Heißrissen während der Erstarrung können die derzeit etablierten<br />
Reparaturverfahren nur mit hohen technischen Restriktionen und betriebswirtschaftlichen<br />
Aufwendungen eingesetzt werden. So müssen die zu schweißenden Bereiche auf Temperaturen<br />
von ca. 800 - 900°C. vorgewärmt werden, um die Rissbildung zu unterdrücken. Eine<br />
weitere Möglichkeit ist Schweißen mit duktilen Schweißzusatzstoffen aus Nickelbasis-Superlegierungen<br />
(z.B. Inconel 625). Allerdings weisen diese Schweißzusatzstoffe im Vergleich zum<br />
Grundwerkstoff eine kleinere Hochtemperaturfestigkeit auf.<br />
Das Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens bestand in der Entwicklung einer neuartigen<br />
Reparaturstrategie von Bauteilen aus Nickelbasis-Superlegierungen an Raumtemperatur<br />
durch den Einsatz einer gepulst und modulierbaren Laserstrahlquelle und drahtförmiger<br />
Schweißzusatzwerkstoffe. Durch die hochdynamische Leistungsregelung innerhalb eines<br />
Schweißpulses wird der Energieeintrag während der Bearbeitung werkstoffbezogen angepasst,<br />
sodass ein direkter Eingriff in die Erstarrungsbedingungen erfolgt. Dies ermöglicht die<br />
rissfarme und reproduzierbare Reparatur von Nickelbasis-Bauteilen mit ausscheidungshärtenden<br />
Schweißzusatzwerkstoffen. Die durch die Pulspausen einhergehende verringerte thermische<br />
Bauteilbelastung reduziert die Gefahr von Schmelzbaddurchbrüchen und Verzug bei der<br />
Bearbeitung von Komponenten mit geringen Restwandstärken. Für die industrielle Überführung<br />
und Etablierung des Verfahrens ist die systematische Untersuchung der Prozessbedingungen<br />
und der Wechselwirkungen von Werkstoff, Drahtzufuhr und Drahtpositionierung und<br />
der Laserstrahlparameter zu untersuchen.<br />
AiF-Forschungsvorhaben – 18334 BR - Reparatur von Nickelbauteilen<br />
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