Verfahrenstechnische Grundlagen für das epitaxiale Rissschweißen in einkristallinen Nickelbasis-Superlegierungen

Rottwinkel, Boris Arnold

doi:10.21268/20221111-0

published

Verfahrenstechnische Grundlagen für das epitaxiale Rissschweißen in einkristallinen Nickelbasis-Superlegierungen

German
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Basierend auf der Hypothese, dass ein gerichteter Temperaturgradient das epitaxiale Rissschweißen ermöglicht, konnten im Rahmen dieser Abhandlung sowohl die Voraussetzungen für das Laser-Pulver-Auftragschweißen sowie das laserbasierte Rissschweißen dargestellt werden. Auf Basis einer theoretischen Betrachtung der Prozessbedingungen und der vorliegenden Prozesstechnik konnte die epitaxiale Erstarrung am Beispiel der verwendeten Nickelbasis-Superlegierung der 2. Generation CMSX-4 dargestellt werden. Es ist bekannt, dass oberflächennahe Risse mittels Laserumschmelzen direkt ohne Einsatz zusätzlichen Materials über einen Laser-Umschmelzprozess entfernt werden können. Bei der Betrachtung tiefliegender Risse wurde der Zugang zu den beeinflussten Bereichen diskutiert. Es konnte nachgewiesen werden, dass unter Verwendung einer kontrollierten Aufwärmung des Grundmaterials und Einbringung eines Temperaturgradienten sowohl die Bildung von Rissen vermieden wie auch eine gerichtete Erstarrung des eingebrachten Materials erreicht werden konnte.

Based on the hypothesis that a directional temperature gradient enables epitaxial crack cladding, the prerequisites for both laser cladding and laser-based crack welding were presented in this report. Based on a theoretical consideration of the process conditions and the present process technology, epitaxial solidification could be demonstrated using the 2nd generation CMSX-4 nickel-based superalloy as an example. It is known that cracks close to the surface can be removed directly by laser remelting without using additional material. When deep cracks were considered, access to the affected areas was discussed. It was demonstrated that using controlled heating of the base material and introduction of a temperature gradient, both the formation of cracks could be avoided and directional solidification of the introduced material could be achieved.