Bei Gasturbinentriebwerken schließt sich die Düsenanordnung unmittelbar dem Brennraum an. Es leitet das sich schnell bewegende Gas auf die Turbinenschaufeln und erzeugt die für die Stromerzeugung notwendige Drehbewegung. Es handelt sich um ein komplexes Projekt, das aus speziellen Legierungen gefertigt und nach engen Toleranzen gefertigt wird. Wir sind einer der wenigen vertikal integrierten Hersteller, die in der Lage sind, diese Teile zu gießen, zu bearbeiten, zu montieren und zu prüfen.
Im Folgenden sind die beteiligten Schritte aufgeführt.
Schritt 1: Investmentgießen
Superlegierungen auf Nickelbasis bieten hohe Temperaturfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit, die erforderlich sind, um im Verbrennungsgasstrom zu überleben, ihre Schmelzpunkte liegen jedoch unter der Gastemperatur. Um diese potenziell tödliche Einschränkung zu überwinden, kombiniert die Düsenanordnung Merkmale wie Kühlkanäle und Hohlkerne.
Die einzig praktische Möglichkeit, ein solches Teil herzustellen, ist der Investitionsguss. Dabei reproduziert die Wachsform das zu gießende Teil. Das Muster ist spritzgegossen und enthält einen Kern, der nach dem Gießen zu entfernen ist, um einen Hohlraum zu verlassen.
Nach dem Anbringen weiterer Wachsformen, die den Metallförderkanal bilden sollen, wird das Muster mit einer Paste beschichtet, die zu einer harten Keramikhülle getrocknet wird. Anschließend wird das Wachs zusammen mit den verbleibenden Hohlräumen zu einer Teilform geschmolzen. Das Metall wird unter Vakuum geschmolzen und in die Form gegossen, um das Auftreten von Gießfehlern zu minimieren. Sobald das Metall erstarrt ist, reißen die Hülle und der Kern und hinterlassen das Gußstück.
Schritt 2: Präzisionsbearbeitung
Investmentgießen ist ein Netto-Form-Verfahren, das enge Toleranzen einhält und eine glatte Oberfläche erzeugt. Trotzdem ist eine gewisse Bearbeitung erforderlich, um Montagepunkte und Schnittstellen mit engen Toleranzen zu schaffen.
Die 5-Achsen-CNC-Bearbeitung erhöht die Präzision, indem mehrere Einstellungen nicht erforderlich sind. Einige Arten von 5-Achs-Fräsmaschinen können den Winkel des Werkstücks beim Bearbeiten anpassen, um komplexe Konturen zu erzeugen.
Schritt 3: Montage
Die Verbindung der Bauteile erfolgt durch Elektronenstrahlschweißen (EBW) oder durch Vakuumlöten. EBW konzentriert die Energie auf einen sehr kleinen Bereich, wodurch die Wärmeeinflusszone um die Gelenke herum reduziert wird. Es wird im Vakuum durchgeführt, um eine Streuung des Strahls zu verhindern, was auch die Oxidbildung und die Schweißversprödung eliminiert. Der EBW-Prozess ist hochautomatisiert, was zu einer guten Teile-zu-Teil-Konsistenz führt.
Beim Hartlöten werden die abgetrennten Metallstücke mit einem niedrigerschmelzenden Füllmetall verbunden. Diese Füllung wurde gewählt, weil sie eine feste Verbindung mit dem Metall des Bauteils ermöglicht. Es wird als Paste auf die Verbindung aufgebracht, wobei die Bauteile präzise eingespannt werden. Anschließend wird die Baugruppe in einen Ofen gefahren, in dem die Füllstoffe unter Bildung einer Verbindung aufgeschmolzen werden. Das Vakuumlöten vermeidet die Notwendigkeit eines antioxidativen Flussmittels.
Schritt 4: Wärmebehandlung
Die Wärmebehandlung dient zur Erhöhung der Festigkeit, Härte und Zähigkeit sowie zur Verringerung der Sprödigkeit und zur Entlastung von Spannungen. Es wird üblicherweise mit Superlegierungen verwendet, um die durch unterschiedliche Schmelzpunkte der Elemente in der Legierung verursachte Segregation zu lösen. Obwohl hier als Schritt 4 aufgeführt ist, ist es auch möglich, vor der Bearbeitung eine thermische Behandlung zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit durchzuführen.
Schritt 5: Überprüfen
Strenge Prozesskontrollen und ein nach AS9100 zertifiziertes QA-System für die Luft- und Raumfahrtnorm minimieren das Auftreten von Mängeln, aber die Inspektionen bieten eine vollständige Qualitätssicherung. Dazu kann neben der visuellen und maßlichen Prüfung auch die Rissdetektion von Oberflächenfehlern und die Röntgenabbildung von inneren Fehlern gehören.
