VERFAHREN ZUM AUFBRINGEN EINER SCHÜTZENDEN BESCHICHTUNG AUF EIN THERMISCH BEANSPRUCHTES BAUTEIL

Beschreibung

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der thermischen Maschinen und Bauteilen, die im Einsatz thermisch hoch beansprucht werden und mit einer Wärmedämmschicht oder metallischen Schutzschicht versehen sind. Sie betrifft insbesondere ein Verfahren zum Reparieren von Schadstellen an diesen Schichten.

STAND DER TECHNIK

[0002] Thermisch stark beanspruchte Bauteile, wie sie beispielsweise bei der Beschaufelung, der Brennkammerauskleidung oder als Schutzschilde im Heissgaskanal einer Gasturbine eingesetzt sind, werden häufig mit einer metallischen Schutzschicht oder einer mehrschichtigen Wärmedämmschicht überzogen, um das darunterliegende Basismaterial vor den hohen Heissgastemperaturen zu schützen. Die mehrschichtige Wärmedämmschicht umfasst dabei eine auf das Basismaterial aufgebrachte Haftschicht (Bond Coating BC) und die eigentliche Wärmedämmschicht (Thermal Barrier Coating TBC), die meist aus einem keramischen Material besteht. Im Betrieb bildet sich an der Grenze zwischen der Haftschicht und der Wärmedämmschicht noch eine thermisch gewachsene Oxidschicht (Thermally Grown Oxide TGO) aus, welche die Haftschicht gegen weitere Oxidation und Korrosion schützt und die Haftung der Wärmedämmschicht für einen bestimmten Lebensdauerbereich weiter verbessert.

[0003] Durch die ständige thermische Wechselbelastung und den Einfluss der strömenden Heissgase und im Heissgasstrom mitgeführter Fremdkörper kann es bei längerem Betrieb zu lokalen Abplatzungen (sowie Verbrauch, zum Beispiel durch Erosion) der Schutzbeschichtung kommen, die dann möglichst rasch und zuverlässig ausgebessert werden müssen, um den Betrieb möglichst schnell wieder aufnehmen und möglichst lange ungestört aufrechterhalten zu können. Zur Ausbesserung muss in den Bereichen der lokalen Beschädigung die Abfolge der Schichten der Schutzbeschichtung wieder sukzessive aufgebaut werden, sodass das Bauteil wieder vollumfänglich geschützt ist.

[0004] Es ist aber auch denkbar, dass an einem Bauteil, das ansonsten mit einer Schutzbeschichtung versehen ist, von vornherein schutzbeschichtungsfreie Fehlstellen, z.B. Schweissnähte oder dergleichen, vorhanden sind, die nachträglich lokal mit einer Schutzbeschichtung in Form einer metallischen Schutzschicht oder einer keramischen Wärmedämmschicht versehen werden müssen.

[0005] In der Druckschrift US-A-6,569,492 ist bereits ein Verfahren zur Ausbesserung einer metallischen Schutzschicht beschrieben worden. Die EP-B1-0 808 913 offenbart ein Verfahren zum Ausbessern einer keramischen Wärmedämmschicht.

[0006] Weitere Ausbesserungsverfahren sind aus den Druckschriften US-A-5,735,448, US-A-6,042,880, US-A-6,203,847, US-A-6,235,352, US-A-6,274,193, US-A-6,305,077, US-A-6,465,040, US-A-6,605,364, EP1304446A1 und US 5,972,424) bekannt.

[0007] Dokument EP1408134 offenbart ein Verfahren zum Reparieren einer Multischicht-Wärmedämmschicht, wobei eine Maske benutzt wird, damit nur ein begrenztes Gebiet zu beschichten ist. Die benutzten Maske hat jedoch dieselbe Grösse der Maskenöffnungen für den ganzen Prozess, und die Randbereiche der Schichten inder beschädigten Beschichtungsfläche werden nicht stufenförmig bearbeitet.

[0008] Bei den bekannten Ausbesserungsverfahren für Schutzbeschichtungen ergeben sich die folgenden Probleme:

• Es liegt in der Natur der metallischen Schutzschichten oder BC/TBC-Mehrschichtsysteme, dass die Ränder der beschädigten oder abgeplatzten Stellen eine beliebige Gestalt ohne eine bestimmte Form aufweisen. Es ist bisher keine Klassifizierung der Schäden als Voraussetzung für eine Entscheidung über die Reparierbarkeit und den Einsatz einer entsprechenden standardisierten Vorbereitung der Schadensstelle vorgeschlagen worden.
  Bereiche, die während des Betriebs in der metallischen Schutzschicht oder dem BC/TBC-Mehrschichtsystem vorgeschädigt worden sind, jedoch nicht sichtbar in Erscheinung treten, können bei den bekannten Verfahren nicht erkannt und damit auch nicht repariert werden. Daraus ergibt sich ein hohes Risiko für einen Ausfall des Bauteils, selbst wenn die Beschichtung lokal ausgebessert worden ist. Um einen vollen Lebensdauerzyklus garantieren zu können, müssen die gesamte beschichtete Fläche oder speziell die gefährdeten Bereiche, das heisst thermomechanisch besonders belastete Bereiche, mittels einer geeigneten zerstörungsfreien Prüfmethode auf ihre mechanische Integrität hin untersucht werden.
• Da die Randbereiche der beschädigten Beschichtungsflächen unregelmässig sind, können sie sehr steil sein und keine ausreichende Abschrägung zwischen dem Basismaterial, der BC-Schicht und der TBC-Schicht aufweisen. Wenn keine speziellen Vorkehrungen getroffen werden, kann sich daraus eine unkontrollierte Vorbereitung während der Reinigung ergeben (einschliesslich des Risikos, die angrenzenden intakten Beschichtungsflächen zu beschädigen), und es kann ein Überlappungseffekt während der anschliessenden Neubeschichtung auftreten. Dies kann zu Fehlanpassungen im BC/TBC-Mehrschichtsystem führen. Solcherart reparierte Bauteile sind einem hohen Risiko des lokalen Abplatzens wegen lokaler Fehlanpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten bei thermischer Wechselbelastung ausgesetzt. Gemäss den bekannten Ausbesserungsmethoden wird die lokale Reparatur von Schutzbeschichtungen ausserhalb der thermischen Maschine vorgenommen. Dies erfordert den Ausbau und Transport der zu reparierenden Bauteile und führt zu Zeitverlusten und erhöhten Kosten.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0009] Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Ausbessern von lokalen Beschädigungen oder Auffüllen von lokalen Fehlstellen anzugeben, welches die Nachteile bekannter Verfahren vermeidet und sich insbesondere durch eine hohe Qualität und Belastbarkeit der bearbeiteten Bereiche auszeichnet. Insbesondere soll das Verfahren vor Ort an in der Maschine eingebauten Bauteilen (on-site) sowie an aus der Maschine ausgebauten Bauteilen (off-site) durchgeführt werden können.

[0010] Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, bei der Vorbehandlung der zu bearbeitenden Stellen die Randbereiche der an der lokalen Beschädigung bzw. Fehlstelle endenden Schichten derart zu bearbeiten, dass die Schichten in den Randbereichen stufenweise abgetragen werden, indem der Umfang der abgetragenen Fläche der einzelnen Schichten von der äussersten Schicht des Bauteils bis zur Oberfläche des Basismaterials hin sich stufenförmig verkleinert und zur Festlegung der Grösse der abzutragenden Fläche jeder Schicht eine Maske entsprechender Grösse verwendet wird. Die Randbereiche der einzelnen Schichten werden also nacheinander bearbeitet, indem jede Schicht mittels einer ihr zugeordneten Maske hindurch abgetragen wird. Durch die Verwendung der Masken, die mit der Grösse ihrer Maskenöffnung an jede Schicht der Schichtfolge angepasst sind, können Geometrie und Form der kritischen Randschichten bei der Bearbeitung sicher und genau eingestellt werden.
Innerhalb des zweiten Schritts des erfindungsgemässen Verfahrens werden zwecks Wiederauffüllung der Schadstelle die neuen Schichten durch Masken entsprechend der Grösse der abgetragenen Schicht aufgetragen. Die Verwendung der Masken verschiedener Grössen nacheinander vermeidet Überlappungen der aufgebrachten Schichten mit den vorhandenen, angrenzenden Schichten. Durch die Masken lässt sich die laterale Ausdehnung der aufgetragenen Schichtenbereiche so begrenzen, dass die aufgetragenen Schichten am Rand nicht signifikant die bereits vorhandenen Schichten überlappen und so Randbereiche mit reduzierter Festigkeit und Stabilität bilden, in denen ein späteres Abplatzen begünstigt wird. Die beim Aufbringen der Schichten benutzten Masken haben Maskenöffnungen, die in der gleichen Weise sukzessiv zunehmen, wie dies bei den Masken für die Bearbeitung der Fall ist.

[0011] Vorzugsweise werden die einzelnen Schichten in den Randbereichen der lokalen Beschädigungen derart abgetragen, dass die Enden der einzelnen Schichten gleichmässig abgeschrägt sind. Eine gleichmässige Abschrägung der Schichtenden wird beispielsweise durch ein Sandstrahlverfahren erreicht Das Ausmass der Abschrägung, d.h. der Winkel der Abschrägung relativ zur Oberflächennormalen hängt dabei von den Sandstrahlparametem und den Materialparametern der abzutragenden Schichten ab. Die Abschrägung bildet einen Winkel relativ zur Oberflächennormalen in einem Bereich von 30° bis 75°, vorzugsweise von 60°. Die erreichte Abschrägung ist insofern gleichmässig, dass der Winkel der Abschrägung innerhalb einer Schicht und über den gesamten Umfang der Schadstelle im wesentlichen gleich ist, das heisst insofern gleich ist wie es durch ein Sandstrahlverfahren oder anderes Strahlverfahren erreichbar ist. Die gleichmässig abgeschrägten Randbereiche treten somit im Verlauf der Schichtenfolge von unten nach oben, das heisst von der Oberfläche des Basismaterials zur äussersten Schicht der Schichtenfolge hin, zunehmend nach aussen und stufenweise zurück, sodass eine Serie von "Terrassen" mit abgeschrägten Wänden zwischen den Terrassenebenen entsteht.

[0012] Die Abstufung der Schichtabtragung erbringt den Vorteil, dass bei der Auftragung der entsprechenden neuen Schichten zwecks Auffüllung der Schadstelle Überlappungen von Schicht zu Schicht vermieden werden und neues Schichtmaterial nur auf der dafür bestimmten Schicht aufgetragen wird und nicht auf die darauffolgende Schicht gelangt.
Die abgeschrägten Enden der Schichten erbringen den zusätzlichen Vorteil einer verbesserten Haftung der neu aufgetragenen Schichten.

[0013] Vorzugsweise wird aus Sicherheitsgründen ein hinreichend breit gewählter Bereich der an der lokalen Beschädigung bzw. Fehlstelle endenden Schichten abgetragen, um Unregelmässigkeiten in den kritischen Randbereichen sicher ausschliessen zu können. Das heisst, es werden nicht nur die offensichtlich beschädigten Stellen abgetragen, sondern auch Bereiche um die offensichtliche Schadstelle herum, die aufgrund von Rissen oder einer beschädigten Haftschicht (BC) ebenfalls repariert werden müssen. Es wird also die flächige Ausdehnung der Schadstelle festgestellt, die repariert werden muss. Ferner wird auch die Tiefenausdehnung der Schadstelle festgestellt, das heisst welche Teilbereiche des Schichtverbunds repariert werden müssen, wie zum Beispiel nur TBC oder TBC/BC oder TBC/BC/BM. Das Ausmass des zur Reparatur gewählten Bereiches und das Vorhandensein von verborgenen Schadbereichen wird beispielsweise durch ein zerstörungsfreies Verfahren wie das FSECT (Frequency Scanning Eddy Current-Technik) festgestellt.

[0014] Vorzugsweise werden Masken mit einer abgerundeten, insbesondere kreisrunden, Maskenöffnung verwendet. Die Verwendung einer solchen Maskenform im Gegensatz zu einer Form mit Ecken vermeidet Spannungen, die von spitzen Ecken ausgehen könnten.

[0015] Eine besondere hohe Qualität des ausgebesserten bzw. aufgefüllten Bereiches ergibt sich, wenn innerhalb des zweiten Schritts vor dem Aufbringen einer Schicht die Oberfläche der darunterliegenden Schicht zur Verbesserung der Haftung der aufzubringenden Schicht bearbeitet, z.B. aufgerauht wird. Dies erfolgt vorzugsweise mittels Sandstrahlen oder Strahlen mit keramischen Strahlgut.

[0016] Um nach und trotz der Reparatur eine möglichst glatte Oberfläche des beschichteten Bauteils zu erhalten, ist es von Vorteil, wenn nach dem Aufbringen der Schichten die Oberfläche im Bereich der vormaligen lokalen Beschädigung bzw. Fehlstelle zur Beseitigung von Unebenheiten bearbeitet wird, wobei dies vorzugsweise mittels Schleifen und/oder Polieren erfolgt.

[0017] Um sichere Aussagen über den Erfolg einer Reparatur zu erhalten, ist es von Vorteil, wenn nach dem Beseitigen der lokalen Beschädigung bzw. Fehlstelle der Bereich der vormaligen lokalen Beschädigung oder Fehlstelle einer Qualitätsprüfung unterzogen wird. Dies erfolgt vorzugsweise mittels zerstörungsfreier Verfahren, insbesondere der Thermographie oder der FSECT (Frequency Scanning Eddy Current-Technik).

[0018] Bewährt hat sich das erfindungsgemässe Verfahren bei einer Beschichtung, die ein Wärmedämmschicht-System darstellt, welche eine auf das Basismaterial aufgetragene Haftschicht und eine auf die Haftschicht aufgetragene Wärmedämmschicht umfasst.

[0019] Vorteilhafterweise wird das Verfahren vor Ort an eingebauten Bauteilen durchgeführt, wobei zum Bearbeiten der lokalen Beschädigung oder Fehlstelle kleine, tragbare Bearbeitungssysteme, insbesondere zum Reinigen und Plasmaspritzen, verwendet werden. Desgleichen ist das Verfahren selbstverständlich auch für off-site Reparaturen an ausgebauten Bauteilen, geeignet.

[0020] Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich sowohl für Bauteile, die im Betriebseinsatz beschädigt worden sind als auch für Neu-Bauteile, die beispielsweise während der Montage oder während des Transports beschädigt worden sind.

[0021] Damit ein Bauteil im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens in vollem Umfang behandelt werden kann, ist es von Vorteil, wenn zunächst die Oberfläche des Bauteils zumindest in besonders gefährdeten Bereichen, wie zum Beispiel die Druckseite und Vorderkante von Turbinenschaufeln, mittels eines zerstörungsfreien Prüfverfahrens auf ihre mechanische Integrität untersucht und dabei die zu reparierenden Gebiete identifiziert und in ihrer Ausdehnung festgelegt werden. Hierzu wird vorzugsweise die FSECT (Frequency Scanning Eddy Current-Technik) verwendet.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN

[0022] Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1

eine photographische Darstellung der Draufsicht auf eine gereinigte und nach dem erfindungsgemässen Verfahren für die Neubeschichtung vorbereitete lokale Beschädigung eines mit einer Wärmedämmschicht versehenen Bauteils bzw. Substrats;

Fig. 2

das Bauteil aus Fig. 1 nach der Neubeschichtung und abschliessenden Behandlung der Oberfläche;

Fig. 3

in einer schematischen, perspektivischen Darstellung der Einsatz einer typischen Maske zur Vorbehandlung und Neubeschichtung einer lokalen Beschädigung bzw. Fehlstelle;

Fig. 4

ein Schliffbild durch eine reparierte lokale Beschädigung mit aufgrund fehlender Maskierung auftretender Überlappung der erneuerten Haftschicht, die durch das erfindungsgemässe Verfahren vermieden würden;

Fig. 5

eine vergrösserte Darstellung des Schliffbildes aus Fig. 4;

Fig. 6

ein Schliffbild einer Überlappung der erneuerten Haftschicht entlang einer angeschrägten Kante der Wärmedämmschicht, das sich ergibt, wenn ohne oder mit ungeeigneten Masken gearbeitet wird.

Fig. 7

in verschiedenen Teilfiguren verschiedene Schritte bei der Ausbesserung vor Ort oder off-site einer lokalen Beschädigung eines mit einer Wärmedämmschicht versehenen, betriebsbeanspruchten Bauteils gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens; und

Fig. 8

in verschiedenen Teilfiguren verschiedene Schritte bei der lokalen Applikation vor Ort oder off-site einer neuen Wärmedämmschicht zwecks Wiederauffüllen einer Schadstelle oder einer lokalen Fehlstelle.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

[0023] Ein erster Schritt zur Ausbesserung einer beschädigten metallischen oder BC/TBC-Beschichtung auf dem Basismaterial eines Bauteils umfasst eine Einteilung der Defekte in bestimmte Kategorien, gefolgt von der Entscheidung, welcher defekte Beschichtungsteilbereich und mit welchen standardisierten Methoden ausgebessert werden können. Dazu werden die ganze beschichtete Oberfläche des Bauteils oder zumindest die besonders gefährdeten Gebiete mittels zerstörungsfreier Prüfmethoden auf ihre mechanische Integrität hin untersucht. Als zerstörungsfreie Prüfmethode kommt dabei insbesondere die FSECT (Frequency Scanning Eddy Current-Technik) in Betracht, bei der die im Bauteil induzierten Wirbelströme in Abhängigkeit von der Frequenz untersucht und ausgewertet werden.

[0024] Wenn diese vorbereitenden Untersuchungen abgeschlossen sind, werden Masken 21 der in Fig. 3 dargestellten Art ausgewählt, deren Maskenöffnungen 22 der Ausdehnung des Defektes entsprechen. Das heisst, die Maskenöffnungen umfassen die Grösse der offensichtlichen Schadstelle sowie weitere Bereiche um diese offensichtliche Schadstelle, die aufgrund einer zerstörungsfreien Inspektion als beschädigt gewertet worden sind (inkl. eines Sicherheitszuschlags). Die Grösse der Maskenöffnung 22 wird dabei so gewählt, dass bei der abzutragenden Schicht aus Sicherheitsgründen immer ein Randbereich hinreichender Breite abgetragen wird, um alle beschädigten Gebiete sicher zu entfernen, ohne jedoch die unbeschädigten Gebiete der Schicht zu beeinträchtigen. Die Masken 21 werden auf das Substrat bzw. Bauteil 20 aufgelegt, worauf durch die Maskenöffnung 22 hindurch die beschädigte Beschichtung sukzessive abgetragen wird. Es werden nacheinander Masken 21 mit unterschiedlich grossen Maskenöffnungen 22, genauer mit sukzessiver kleinerer Grösse eingesetzt, um die metallische Schutzschicht bzw. die TBC-Schicht, die BC-Schicht und allfälliges oxidiertes Basismaterial des Substrats zu entfernen. Mit der Verwendung der Masken 21 wird bei jeder Schicht eine neue Stufe oder "Terrassen-ebene" erzeugt. In Figur 7b sind die daraus resultierenden Stufen dargestellt.
Das Verfahren ist auch durchführbar, indem die nacheinander eingesetzten Masken sukzessive grösser werden, also zuerst die kleinste Maske und zuletzt die grösste Maske verwendet wird. Bei Verwendung von beispielsweise Sandstrahlen als Abtragungsverfahren werden gleichmässig abgeschrägte Randbereiche16 in Fig. 1, 7 und 8 erzeugt. Diese sind für den nachfolgenden Ausbesserungs- bzw. Auffüllprozess, insbesondere für die Haftung der neu aufgetragenen Schichten, entscheidend.

[0025] Beim nachfolgenden Aufbringen neuer TBC/BC-Schichtfolgen bzw. metallischer Schutzschichten werden gleichartige oder identische Masken benutzt, um die laterale Ausdehnung der neu aufgebrachten Schichten zu begrenzen und so zu verhindern, dass randseitige Überlappungen der neu aufgebrachten Schichten und der bestehenden Schichten auftreten. Beispiele für derartige Überlappungen sind in den Fig. 4, 5 und 6 gezeigt. Fig. 4 und 5 zeigen in unterschiedlicher Vergrösserung Schliffbilder einer randseitigen Überlappung 25 einer nachträglich aufgebrachten Haftschicht 17, die dazu führt, dass die darüberliegende keramische Wärmedämmschicht 13 dort eine mechanische Schwächung erfährt. Fig. 6 zeigt eine Überlappung 25 an einem schrägen Randbereich der Wärmedämmschicht 13, die ebenfalls zu einer mechanischen Schwächung führt.

[0026] In Fig. 7 sind in verschiedenen Teilfiguren verschiedene Schritte bei der Ausbesserung einer lokalen Beschädigung eines mit einem BC/TBC-Wärmedämmschicht-System versehenen Bauteils 200 gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens wiedergegeben. Gemäss Fig. 7a ist zum Schutz des Bauteils 200 auf dem Basismaterial 10 des Bauteils 200 eine Schichtenfolge aus einer Haftschicht 11, einer thermisch gewachsenen Oxidschicht 12 und einer keramischen Wärmedämmschicht 13 aufgebracht, die eine lokale Beschädigung 14 aufweist. Die einzelnen Schichten 11, 12 und 13 weisen im Bereich der lokalen Beschädigung 14 unregelmässig ausgebildete Randbereiche 15 auf.

[0027] Wenn die lokale Beschädigung 14 entdeckt und zur Reparatur ausgewählt ist, werden gemäss Fig. 7b in einem ersten Schritt durch geeignete Masken 23 hindurch die unregelmässigen Randbereiche 15 der Schichten sukzessive abgetragen, sodass alle Schichten 11,12,13 gleichmässig abgeschrägte Randbereiche 16 aufweisen, die eine Öffnung in der Schichtenfolge mit nach aussen zunehmendem Durchmesser beranden. In Fig. 7b ist nur eine Maske 23 eingezeichnet. Tatsächlich werden die einzelnen Schichten 11,12,13 in Teilschritten nacheinander unter Einsatz einer jeweils auf die Schicht abgestimmten Maske abgetragen, so dass bei den 3 Schichten 11,12,13 wenigstens 3 Masken 23 zum Einsatz kommen.
Für die Abtragung der Schicht 13 wird eine erste Maske verwendet mit einer Grösse der grössten Öffnung, d.h. der Öffnung 14 an der oberen Oberfläche der Schicht 13. Es wird sodann bis zur Oberfläche der Schicht 12 abgetragen. Die nächste Maske besitzt eine Öffnung mit leicht kleinerer Grösse, d.h. der Öffnung 14 an der oberen Oberfläche der Schicht 12. Es wird sodann bis zur Oberfläche der Schicht 12 abgetragen. Die nächste Maske ist wiederum kleiner mit einer Öffnung gleich der Öffnung 14 an der Oberfläche der Schicht 11.
Die gestaffelte Abtragung der einzelnen Schichten zur Herstellung einer terrassenförmigen Öffnung 14 wie in Figur 7b kann auch durch Verwendung der erwähnten Masken in umgekehrter Grössen-Reihenfolge durchgeführt werden, indem mit der kleinsten Maske begonnen und mit der grössten Maske geendet wird.

[0028] Ist die lokale Beschädigung 14 auf diese Weise vorbehandelt, können nacheinander die entfernten Schichten ergänzt werden. In Fig. 7c ist die Ergänzung der Haftschicht 11 durch eine erneuerte Haftschicht 17 gezeigt, die zur Vermeidung von Überlappungen durch eine Maske 24 hindurch geschieht. In gleicher Weise wird auch eine erneuerte Wärmedämmschicht 18 aufgetragen (Fig. 7d), die dann durch Schleifen und/oder Polieren der übrigen Oberfläche angepasst wird (Fig. 7e). Wird das so reparierte Bauteil 200 hohen Temperaturen ausgesetzt, bildet sich eine neu gewachsene Oxidschicht 19 (Fig. 7e), so dass die ursprüngliche Schichtenfolge vollständig wiederhergestellt ist.

[0029] Während sich die Fig. 7 auf die Ausbesserung einer lokalen Beschädigung 14 bezieht, sind in Fig. 8 in verschiedenen Teilfiguren verschiedene Schritte bei der Applikation einer neuen Wärmedämmschicht zum Wiederauffüllen einer lokalen Fehlstelle 14' eines mit einem BC/TBC-Wärmedämmschicht-System versehenen Bauteils 300 wiedergegeben. Eine solche lokale Fehlstelle 14' ergibt sich beispielsweise im Bereich einer Schweissnaht, wenn zwei bereits vorher beschichtete Teile miteinander verschweisst werden. Da ein solches Bauteil 300 noch vor dem ersten Einsatz bearbeitet werden muss, um die Wärmedämmschicht zu vervollständigen, ist in der Schichtenfolge hier noch keine thermisch gewachsene Oxidschicht vorhanden (Fig. 8a). Auch in diesem Fall werden zunächst durch Masken 23 hindurch die unregelmässigen Randbereiche 15 der Schichten 11, 13 durch gezieltes Abtragen in gleichmässig abgeschrägte Randbereiche 16 überführt (Fig. 8b). Dann werden durch entsprechende Masken 24 hindurch die Schichten 17 und 18 neu aufgebracht (Fig. 8c und d) und der Oberfläche angepasst (Fig. 8e). Durch Verwendung von Plasmaspritzen oder eines Spritzverfahrens, welches das aufzubringende Material in eine schmelzflüssiger-oder angeschmolzener Phase bringt, wird erreicht, dass die neuen Schichten 17, 18 die Öffnungen 14' entsprechend der Maskenöffnung aufgetragen werden.

[0030] Eine photographische Darstellung einer lokalen Beschädigung eines Bauteils 100 vor dem Aufbringen der Schichten und nach der Reparatur ist in Fig. 1 und 2 gezeigt. Fig. 1 zeigt in der Draufsicht von oben die vorbehandelte lokale Beschädigung 14 mit dem freigelegten Basismaterial 10, der Haftschicht 11 und der Wärmedämmschicht 13. Durch Einsatz von Masken der in Fig. 3 dargestellten Art mit kreisrunden Maskenöffnungen ergeben sich in Fig. 1 Randbereiche mit deutlich sichtbarer, gleichmässiger Abschrägung. Fig. 2 zeigt die durch Schleifen angepasste Oberfläche der erneuerten Wärmedämmschicht 18 nach der Reparatur (vergleichbar mit Fig. 7e & 8e).

[0031] Die Bearbeitung der lokalen Beschädigungen 14 bzw. Fehlstellen 14' erfolgt vorzugsweise am eingebauten Bauteil "vor Ort", wobei zum Reinigen (& ähnliche Strahlprozesse) und zum Abtragen Strahlprozesse mit keramischen Strahlgut oder Sandstrahlen zum Einsatz kommen und zum Auftragen der neuen Schichten Spritzverfahren zum Einsatz kommen die das aufzubringende Material in einen schmelzflüssigen oder angeschmolzenen Zustand überführt wie z.B. durch das Plasma, Mikro-Plasma, Laser oder HVOF Verfahren

BEZUGSZEICHENLISTE

[0032] 

10

Basismaterial

11

Haftschicht

12

Oxidschicht (thermisch gewachsen)

13

Wärmedämmschicht

14

lokale Beschädigung

14'

lokale Fehlstelle

15

Randbereich (unbehandelt)

16

Randbereich (abgeschrägt)

17

Haftschicht (erneuert)

18

Wärmedämmschicht (erneuert)

19

Oxidschicht (neu gewachsen)

20

Substrat (Bauteil)

21

Maske

22

Maskenöffnung

23.24

Maske

25

Überlappung

100,200,300

Bauteil

Ansprüche

1. Verfahren zum Beseitigen einer lokalen Beschädigung (14) oder Fehlstelle (14') in einer Wärmedämmschicht (11, 12, 13) oder einer metallischen Schutzschicht auf einem Bauteil für einen Einsatz mit hoher thermischer Beanspruchung, das aus einem Basismaterial (10) besteht, wobei in einem ersten Schritt die lokale Beschädigung (14) oder Fehlstelle (14') vorbehandelt wird, und in einem zweiten Schritt für das Beseitigen der lokalen Beschädigung (14) oder Fehlstelle (14') notwendige Schichten (17, 18) aufgebracht werden
dadurch gekennzeichnet, dass
im ersten Schritt die Randbereiche (15) der einzelnen Schichten der Wärmedämmschicht (13, 12,11) mittels Masken (23) verschiedener Grösse nacheinander stufenweise abgetragen werden, wobei die Grösse der verwendeten Maskenöffnung der Grösse der abzutragenden Fläche jeder Schicht entspricht, die Grösse der Maskenöffnungen an jede einzelne Schicht angepasst ist und die Grösse der verwendeten Masken (23) von Stufe zu Stufe sukzessive kleiner wird, sodass der Umfang der abgetragenen Fläche der einzelnen Schichten der Wärmedämmschicht (11, 12, 13) von der äussersten Schicht (13) der Wärmedämmschicht des Bauteils (100, 200, 300) bis zur Oberfläche des Basismaterials (10) hin sich stufenförmig verkleinert,
und im zweiten Schritt die für das Beseitigen der lokalen Beschädigung (14) oder Fehlstelle (14') notwendigen Schichten (17, 18) durch Masken (24) mit Maskenöffnungen verschiedener Grösse nacheinander aufgetragen wird, wobei die Grösse der Maskenöffnungen (24) jeder einzelnen Schicht (11, 12, 13) zugeordnet ist und der Grösse der abgetragenen schicht entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, dass
die einzelnen Schichten (11, 12, 13) in den Randbereichen (15) der lokalen Beschädigungen (14) derart abgetragen werden, dass die Enden der einzelnen Schichten gleichmässig abgeschrägt sind, indem der Winkel der Abschrägung innerhalb einer Schicht und über den Umfang der Randbereiche (15) im wesentlichen gleich ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, dass
vor dem ersten Schritt mittels einem zerstörungsfreien Verfahren die Ausdehnung der lokalen Beschädigung (14) festgestellt wird und ein aus Sicherheitsgründen und aufgrund dieser Feststellung hinreichend gross gewählter Bereich in Fläche und Tiefe der lokalen Beschädigung (14) beseitigt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2
dadurch gekennzeichnet, dass
im ersten Schritt die Randbereiche (15) der Schichten (11, 12,13) durch Sandstrahlen oder einem Strahlverfahren welches mit keramischen Strahlgut arbeitet, abgetragen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, dass
im zweiten Schritt die aufzutragenden Schichten (17, 18) mittels Plasmaspritzen oder einem Spritzverfahren, welches das aufzutragende Material in eine schmelzflüssige oder angeschmolzene Phase überführt, aufgetragen werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4
dadurch gekennzeichnet, dass
nach dem ersten Schritt und vor dem zweiten Schritt die Oberfläche der darunterliegenden Schicht zur Verbesserung der Haftung der aufzubringenden Schicht bearbeitet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bearbeitung mittels Strahlprozessen, insbesondere Sandstrahlen, erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6
dadurch gekennzeichnet, dass
nach dem Aufbringen der Schichten (17, 18) die Oberfläche im Bereich der vormaligen lokalen Beschädigung (14) oder Fehlstelle (14') zur Beseitigung von Unebenheiten bearbeitet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bearbeitung mittels Schleifen und/oder Polieren erfolgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9
dadurch gekennzeichnet, dass
nach dem Beseitigen der lokalen Beschädigung (14) oder Fehlstelle (14') der Bereich der vormaligen lokalen Beschädigung (14) oder Fehlstelle (14') einer Qualitätsprüfung unterzogen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, dass
die Qualitätsprüfung mittels zerstörungsfreier Verfahren, insbesondere der Thermographie oder der FSECT (Frequency Scanning Eddy Current-Technik), erfolgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4
dadurch gekennzeichnet, dass
Masken (21, 23, 24) mit einer abgerundeten oder kreisrunden, Maskenöffnung (22) verwendet werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12
dadurch gekennzeichnet, dass
die Beschichtung ein Wärmedämmschicht-System ist, welche eine auf das Basismaterial (10) aufgetragene Haftschicht (11) und eine auf die Haftschicht (11) aufgetragene Wärmedämmschicht (13) umfasst.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verfahren vor Ort an in einer Maschine eingebauten Bauteilen (100, 200, 300) oder an aus einer Maschine ausgebauten Bauteilen (100, 200, 300) durchgeführt wird, und dass zum Bearbeiten der lokalen Beschädigung (14) oder Fehlstelle (14') kleine, tragbare Bearbeitungssysteme, insbesondere zum Reinigen und Plasmaspritzen, verwendet werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14
dadurch gekennzeichnet, dass
zunächst die Oberfläche des Bauteils (100, 200, 300) zumindest in besonders gefährdeten Bereichen mittels eines zerstörungsfreien Prüfverfahrens auf ihre mechanische Integrität untersucht und dabei die zu reparierenden Gebiete identifiziert und in ihrer Ausdehnung festgelegt werden.

16. Verfahren nach Anspruch 15
dadurch gekennzeichnet, dass
als zerstörungsfreies Prüfverfahren die FSEC(Frequency Scanning Eddy Current-Technik) verwendet wird.

17. Verfahren nach Anspruch 2
dadurch gekennzeichnet, dass
der Winkel der Abschrägung relativ zur Oberflächennormalen des Bauteils (100, 200, 300) in einem Bereich von 30° bis 75° liegt.

18. Verfahren nach Anspruch 17
dadurch gekennzeichnet, dass
der Winkel der Abschrägung relativ zur Oberflächennormalen des Bauteils (100, 200, 300) 60° beträgt.

Claims

1. Method for the elimination of local damage (14) or an untreated place (14') in a heat insulation layer (11, 12, 13) or in a metallic protective layer on a component for use under high thermal stress, which consists of a basic material (10), in a first step the local damage (14) or an untreated place (14') being pretreated, and, in a second step, layers (17, 18) necessary for eliminating the local damage (14) or untreated place (14') being applied, characterized in that, in the first step, the edge regions (15) of the individual layers of the heat insulation layer (13, 12, 11) are stripped away one after the other in steps by means of masks (23) of different size, the size of the mask aperture used corresponding to the size of the stripped-away surface of each layer, the size of the mask apertures being adapted to each layer and the size of the masks (23) used becoming successively smaller from step to step so that the extent of the stripped-away surface of the individual layers of the heat insulation layer (11, 12, 13) decreases in steps from the outermost layer (13) of the heat insulation layer of the component (100, 200, 300) up to the surface of the basic material (10), and, in the second step, the layers (17, 18) necessary for eliminating the local damage (14) or untreated place (14') are applied one after the other through masks (24) with mask apertures of different size, the size of the mask apertures (24) being assigned to each individual layer (11, 12, 13) and corresponding to the size of the stripped-away surface.

2. Method according to Claim 1, characterized in that the individual layers (11, 12, 13) are stripped away in the edge regions (15) of the local damage (14) in such a way that the ends of the individual layers are sloped uniformly, in that the angle of the slope is essentially identical within a layer and over the extent of the edge regions (15).

3. Method according to Claim 1, characterized in that, before the first step, the extent of the local damage (14) is detected by means of a nondestructive method, and a region of the local damage (14) which is selected as being sufficiently large in area and depth for safety reasons and on the basis of this detection is eliminated.

4. Method according to Claims 1 and 2, characterized in that, in the first step, the edge regions (15) of the layers (11, 12, 13) are stripped away by sandblasting or a blasting method which operates with ceramic blasting material.

5. Method according to Claim 1, characterized in that, in the second step, the layers (17, 18) to be applied are applied by means of plasma spraying or a spraying method which changes the material to be applied into a fusible or molten phase.

6. Method according to one of Claims 1 to 4, characterized in that, after the first step and before the second step, the surface of the layer lying underneath is processed in order to improve the bonding of the layer to be applied.

7. Method according to Claim 6, characterized in that processing takes place by means of blasting processes, in particular sandblasting.

8. Method according to one of Claims 1 to 6, characterized in that, after the application of the layers (17, 18), the surface in the region of the previous local damage (14) or untreated place (14') is processed in order to eliminate unevennesses.

9. Method according to Claim 8, characterized in that processing takes place by means of grinding and/or polishing.

10. Method according to one of Claims 1 to 9, characterized in that, after the elimination of the local damage (14) or untreated place (14'), the region of the previous local damage (14) or untreated place (14') is subjected to a quality test.

11. Method according to Claim 1, characterized in that the quality test takes place by means of nondestructive methods, in particular thermography or FSECT (Frequency Scanning Eddy Current Technique).

12. Method according to either one of Claims 3 and 4, characterized in that masks (21, 23, 24) with a rounded or circular mask aperture (22) are used.

13. Method according to one of Claims 1 to 12, characterized in that the coating is a heat insulation system which comprises a bonding layer (11) applied to the basic material (10) and a heat insulation layer (13) applied to the bonding layer (11).

14. Method according to one of Claims 1 to 13, characterized in that the method is carried out on the spot on components (100, 200, 300) installed in a machine or on components (100, 200, 300) demounted from a machine, and in that small portable processing systems, in particular for cleaning and plasma spraying, are used for processing the local damage (14) or untreated place (14').

15. Method according to one of Claims 1 to 14, characterized in that, first, the surface of the component (100, 200, 300) is examined for mechanical integrity, at least in regions which are at particular risk, by means of a nondestructive test method and in this case the areas to be repaired are identified and their extent is defined.

16. Method according to Claim 15, characterized in that the nondestructive test method used is FSECT (Frequency Scanning Eddy Current Technique).

17. Method according to Claim 2, characterized in that the angle of the slope in relation to the surface normal of the component (100, 200, 300) lies in the range of 30° to 75°.

18. Method according to Claim 17, characterized in that the angle of the slope in relation to the surface normal of the component (100, 200, 300) amounts to 60°.

Revendications

1. Procédé pour éliminer un dommage (14) ou un défaut (14') local dans une couche d'isolation thermique (11, 12, 13) ou dans une couche de protection métallique sur un composant exposé à de fortes contraintes thermiques qui se compose d'un matériau de base (10), dans lequel on applique un pré-traitement au dommage (14) ou au défaut (14') local dans une première étape, et on applique les couches (17, 18) nécessaires pour éliminer le dommage (14) ou le défaut (14') local dans une deuxième étape, caractérisé en ce que
dans la première étape, on enlève pas à pas l'une après l'autre les zones de bord (15) des diverses couches de la couche d'isolation thermique (13, 12, 11) au moyen de masques (23) de grandeurs différentes, dans lequel la grandeur de l'ouverture de masque utilisée correspond à la grandeur de la surface à enlever de chaque couche, la grandeur des ouvertures de masque est adaptée à chaque couche individuelle et la grandeur des masques utilisés (23) devient de plus en plus petite à chaque pas, de telle manière que le périmètre de la surface enlevée des diverses couches de la couche d'isolation thermique (11, 12, 13) diminue par étapes depuis la couche la plus extérieure (13) de la couche d'isolation thermique du composant (100, 200, 300) jusqu'à la surface du matériau de base (10),
et dans la deuxième étape, on dépose l'une après l'autre les couches (17, 18) nécessaires pour l'élimination du dommage (14) ou du défaut (14') local au moyen de masques (24) présentant des ouvertures de masque de grandeurs différentes, dans lequel la grandeur des ouvertures de masque (24) est associée à chaque couche individuelle (11, 12, 13) et correspond à la grandeur de la couche enlevée.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on enlève les couches individuelles (11, 12, 13) dans les zones de bord (15) des dommages locaux (14) de telle manière que les extrémités des diverses couches soient uniformément biseautées, en ce sens que l'angle du biseau est sensiblement le même à l'intérieur d'une couche et sur le périmètre des zones de bord (15).

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on détecte l'étendue du dommage local (14) avant la première étape au moyen d'un procédé non destructif, et on élimine, pour des raisons de sécurité et sur la base de cette détection, une zone choisie suffisamment grande en surface et en profondeur du dommage local (14).

4. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on enlève dans la première étape les zones de bord (15) des couches (11, 12, 13) par sablage ou par un autre procédé de grenaillage opérant avec de la grenaille céramique.

5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on dépose dans la deuxième étape les couches à déposer (17, 18) par projection au plasma ou par un procédé de projection, qui transfère le matériau à déposer sous une forme liquide ou fondue.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on traite la surface de la couche sous-jacente, après la première étape et avant la deuxième étape, pour améliorer l'adhérence de la couche à déposer.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on effectue le traitement par des processus de grenaillage, en particulier par sablage.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on traite la surface dans la région du dommage (14) ou du défaut (14') local antérieur après l'application des couches (17, 18) pour éliminer les inégalités.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on effectue le traitement par meulage et/ou polissage.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'on soumet la région du dommage (14) ou du défaut (14') local antérieur à un contrôle de qualité après l'élimination du dommage (14) ou du défaut (14') local.

11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on effectue le contrôle de qualité par des procédés non destructifs, en particulier par thermographie ou par FSECT (technique par courants de Foucault à balayage de fréquence).

12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'on utilise des masques (21, 23, 24) avec une ouverture de masque (22) arrondie ou circulaire.

13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le revêtement est un système de couche d'isolation thermique, qui comprend une couche d'accrochage (11) déposée sur le matériau de base (10) et une couche d'isolation thermique (13) déposée sur la couche d'accrochage (11).

14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'on exécute le procédé sur place sur des composants (100, 200, 300) montés dans une machine, ou sur des composants (100, 200, 300) démontés d'une machine, et en ce que l'on utilise pour le traitement du dommage (14) ou du défaut (14') local de petits systèmes de traitement portables, en particulier pour le nettoyage et la projection au plasma.

15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que l'on examine d'abord la surface du composant (100, 200, 300) au niveau de son intégrité mécanique au moins dans des zones particulièrement exposées au moyen d'un procédé de contrôle non destructif et on identifie ainsi les zones à réparer et on détermine leur étendue.

16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'on utilise comme procédé de contrôle non destructif la technique FSEC (technique par courants de Foucault à balayage de fréquence).

17. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'angle du biseau par rapport à la normale à la surface du composant (100, 200, 300) est compris dans une plage de 30° à 75°.

18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'angle du biseau par rapport à la normale à la surface du composant (100, 200, 300) vaut 60°.

Zeichnung