Low heat input welding of nickel superalloy GTD-111 with Inconel 625 filler metal Translated title: Schweißen einer Nickel-Superlegierung GTD-111 mit einem Inconel 625 Zusatzwerkstoff

Abstract

GTD-111 precipitation-strengthened nickel-based superalloy is widely used in blades of gas turbine engines which operate at high temperature and in a hot localized corrosion atmosphere. After long-term exposure to high temperature, γ' precipitate is known to exhibit catastrophic changes in size and distribution which cause deterioration of its properties and failure of the component. In this study, a damaged blade removed froma land-based gas turbine generator was subjected to nonpre-heat-treated GTAW and laser welding repair with various welding powers in the range of 135 to 295 J × mm ⁻¹, followed by post-weld heat treatment (PWHT) at 1473 K for 7200 s and strain aging at 1118 K for 86 400 s. Results show no significant relationship between welding powers, size and area fraction of the γ' precipitate in the fcc γ matrix in both GTAW and laser-welded specimens. The final γ' precipitate size and distribution depend mainly on PWHT parameters as γ' precipitates in all GTAW and laser welded specimens showed similar size and area fraction independently of the heat input from welding. Unmixed zones are observed in all laser welding specimens which may cause preferential weld corrosion during service. Microcrack occurrence due to welding and PWHT processes is also discussed.

Kurzfassung

Die ausscheidungsverfestigende Nickel-Superlegierung GTD-111 wird breitflächig für Schaufeln von Gasturbinen verwendet, die bei hohen Temperaturen und in heißen korrosiven Umgebungen eingesetzt werden. Nach einer langen Zeit der Exposition bei hohen Temperaturen können Ausscheidungen des γ'-Typs bekanntermaßen katastrophale Veränderungen der Größe und Verteilung bilden und so eine Herabsetzung der Eigenschaften des Werkstoffes und Versagen der Komponenten nach sich ziehen. In der diesem Beitrag zugrundeliegenden Studie wurde eine beschädigte Schaufel, die aus einem Gasturbinen-Generator an Land ausgebaut wurde, mittels Wolfram-Inertgas-Schweißens (WIG) und Laserschweißens repariert, und zwar mit verschiedenen Streckenenergien im Bereich von 135 bis 295 J × mm ⁻¹, gefolgt von einer Wärmenachbehandlung bei 1473 K für 7200 s und einer Auslagerung bei 1118 K für 86 400 s. Die Ergebnisse zeigen keine signifikante Abhängigkeit zwischen den Schweißleistungen sowie der Größe und des Flächenanteiles der γ'-Ausscheidungen in kubisch flächenzentrierte (fcc) γ-Matrix, und zwar sowohl beim WIG- als auch beim Laserschweißen. Die finale Größe und Verteilung der γ'-Ausscheidungen hängt vornehmlich von den Parametern der Wärmenachbehandlung ab, da die γ'-Ausscheidungen in allen WIG- und lasergeschweißten Proben eine ähnliche Größe und ähnliche Flächenanteile unabhängig von der beim Schweißen eingebrachten Wärme aufweisen. Es wurde eine Entmischungszone in allen Laserschweißungen beobachtet, wo präferentielle Korrosion im Betrieb auftreten kann. Das Auftreten von Mikrorissen während des Schweißens und der Wärmenachbehandlung wird ebenfalls diskutiert.