CN102046831B - 喷涂方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够简单地进行喷涂对象物表面的遮蔽作业、并能够可靠地固定试验片而设定喷涂条件的喷涂方法，该喷涂方法向形成耐热性机器的金属表面喷涂隔热涂敷材料而形成隔热涂敷层，其特征在于，包括：在所述金属表面的整个被喷涂面形成耐热性树脂的被膜层，在所述被膜层表面固定与形成所述耐热性机器的金属为同种材料的试验片，向所述试验片喷涂隔热涂敷材料后，将所述试验片从所述被膜层表面剥离并确认喷涂状态，从而设定喷涂条件的步骤；以及除去所述被膜层，以所述设定了的喷涂条件向所述金属表面喷涂隔热涂敷材料而形成隔热涂敷层的步骤。

Description

喷涂方法

技术领域

本发明涉及一种对产业用燃气轮机的燃烧器尾筒、燃烧筒、涡轮旋翼、定翼等的金属表面实施喷涂加工的耐热性机器中的喷涂方法。

背景技术

燃气轮机由于启动时间短并且不需要冷却水，因此被应用于紧急发电设备，另外，在大规模火力发电站中，被用于燃气轮机/蒸汽轮机的高效复合循环(combined circle)发电。

燃气轮机是离心式或轴流式的旋转式压缩机，由压缩机、燃烧器、涡轮这三个要素构成。在燃气轮机中，向燃烧器供应被压缩机压缩了的空气，将燃料吹入该燃烧器使之燃烧，把此时产生的高温高压的燃烧气体供应给离心式或轴流式的涡轮，从而使涡轮旋转。涡轮通常与压缩机直接连接，向压缩机传递压缩动力。

为了提高如上述构成的燃气轮机的热效率，优选提高涡轮入口的气体温度。因此，一直在谋求涡轮入口温度的高温化。实际上，在用于火力发电站等的产业用燃气轮机中，进行将涡轮入口的气体温度设为1300～1500℃左右的高温的运转。

作为构成上述燃气轮机的部件，例如构成燃烧器的各部件、将来自燃烧器的高温高压的燃烧气体导入涡轮的尾筒、涡轮的旋翼、定翼等这些暴露于上述1300～1500℃左右的高温气体中的部件，为了保持耐久性而实施有隔热喷涂涂层(TBC：Thermal Barrier Coating)。例如，专利文献1(日本专利第2977369号公报)中公开了涂敷有表面层的旋翼/定翼，所述表面层包括通过低压等离子喷涂涂敷了NiCrAlY或CoNiCrAlY合金的第一层、通过大气等离子喷涂涂敷了ZrO₂-Y₂O₃的第二层、以及通过化学蒸镀或低压等离子喷涂涂敷的透氧性小的致密陶瓷层形成的第三层。

像这样，在对形成燃气轮机的部件进行TBC喷涂时，在机器人上安装熔融喷枪，按照规定的喷涂条件由熔融喷枪向着喷涂对象物以规定的压力喷出喷涂物，同时向着规定方向以规定速度移动机器人，对喷涂对象物的整个面或需要进行喷涂的面进行喷涂加工。此时，所述喷涂条件由于喷涂对象物的形状、材质等的不同而不同，因此，在进行喷涂加工之前有必要进行机器人示教(robot teaching)。

一直以来，在用于设定所述喷涂条件的机器人示教中，在喷涂对象物价格低廉的情况下，对喷涂对象物进行试验喷涂并进行检查。如果检查结果为否，则对与进行了所述试验喷涂的喷涂对象物同等的其他喷涂对象物进行试验喷涂并进行检查。重复上述过程直至检查结果合格为止。即，进行一次性使用喷涂对象物并重复试验喷涂来设定喷涂条件的方法。

但是，在喷涂对象物价格高的情况下，所述一次性使用喷涂对象物进行机器人示教的方法由于经济问题而无法实施。所述价格高的喷涂对象物，可以例举燃烧室(尾筒)、涡轮的旋翼、定翼等。特别是尾筒，例如由专利文献2(日本专利第3067416号公报)中公开的价格高的Ni基合金制造，并且还设置有多个不易加工的膜冷却用贯通细孔，因此每台需要几百万日元左右的成本，不能为了机器人示教而一次性使用。

因此，在以往用于尾筒内面的喷涂加工的机器人示教中，用2～3层带遮蔽尾筒的内面以使所述贯通细孔不被异物堵塞，在该带上以约5cm的间隔将与尾筒同质材料的试验片铺满于尾筒内面，以与用于所述遮蔽的带相同的带固定所述试验片的周端部后，进行试验喷射从而进行机器人示教。

需要说明的是，作为所述带，例如可以使用将四氟化乙烯树脂浸渍于玻璃纤维并在其单面涂敷硅系粘结剂的PTFE带，或者由用于等离子喷涂的硅橡胶、铝箔以及纤维玻璃构成的带。

另外，在专利文献3(日本特开平5-111666号公报)中公开有一种遮蔽方法，即在被喷涂部涂敷或印刷液状的树脂，所述液状的树脂具有耐喷涂加工性且能够形成喷涂后可以除去的固化膜，通过干燥固化、热固化或光固化等固化法使所述树脂固化而形成抗蚀膜。

但是，在使用所述带固定试验片而进行机器人示教的方法中，有时带会被试验喷涂时的热量烧焦，由此，会发生金属表面暴露，贯通细孔被喷涂物堵塞的情况。另外，也会发生固定试验片的带被烧焦，带剥落而使试验片不再固定于规定位置，TBC喷涂到试验片背面的情况。并且，利用带进行遮蔽作业很难，不仅需要熟练的技术，还需要很多时间。

另外，即使使用专利文献3公开的方法来遮蔽尾筒内，在固定试验片时也需要使用带，因此不能解决试验喷涂时带烧焦的问题。

发明内容

本发明鉴于上述现有技术的问题，目的在于提供一种能够简单地进行喷涂对象物表面的遮蔽作业，并且能够可靠地固定试验片来设定喷涂条件的喷涂方法。

为了解决上述问题，在本发明中，

一种喷涂方法，其向形成耐热性机器的金属表面喷涂隔热涂敷材料而形成隔热涂敷层，其特征在于，包括：在所述金属表面的整个被喷涂面形成耐热性树脂的被膜层，在所述被膜层表面固定与形成所述耐热性机器的金属为同种材料的试验片，向所述试验片喷涂隔热涂敷材料后，将所述试验片从所述被膜层表面剥离并确认喷涂状态，从而设定喷涂条件的步骤；除去所述被膜层的步骤；以及以所述设定了的喷涂条件向所述金属表面喷涂隔热涂敷材料而形成隔热涂敷层的步骤。

作为耐热性树脂，由于等离子喷涂时被喷涂物表面温度只上升至150℃～200℃左右，因此例如可以使用能够以液状形成固化膜的干燥固化性树脂、紫外线固化树脂等光固化性树脂、热固化性树脂等，进而也可以使用硅密封材料等价格低廉的树脂。

由此，由于在形成所述耐热性机器的金属表面形成由耐热性树脂构成的被膜层，因此金属表面被该被膜保护，能够防止设定喷涂条件时在金属表面形成隔热涂敷层。进一步，由于使用耐热性树脂，因此设定喷涂条件时树脂不会烧焦或熔化。并且，能够在短时间内进行形成由耐热性树脂构成的被膜的作业，因此可以缩短设定喷涂条件所需的时间。

进一步，其特征在于，在所述设定喷涂条件的步骤中，当所述耐热性树脂是能够由于紫外线等特定波长而聚合固化的液状的光固化树脂时，在所述金属表面的整个被喷涂面涂敷所述液状的紫外线固化树脂，在该紫外线固化树脂上载置所述试验片，向所述液状的紫外线固化树脂照射紫外线使其固化，由此在所述金属表面的整个被喷涂面形成紫外线固化树脂的被膜层，且将所述试验片固定于所述紫外线固化树脂表面。

需要说明的是，紫外线固化树脂也可以使用在涂敷前完成了10％左右的聚合的紫外线固化树脂、或在可见光下缓慢聚合固化的树脂。另外，在实施例中举出了使用在特定的紫外线下发生固化反应的紫外线固化树脂的例子，但是本发明不限于此，也可以使用包括在可见光区域进行聚合反应的光固化树脂(将在可见光区域具有大的能量吸收的感光剂，与在电子束或紫外线下反应的光聚合引发剂组合而形成的树脂)等的光固化树脂。

由于涂敷液状的紫外线固化树脂并照射紫外线即可，因此可以在短时间内简单地形成树脂被膜。另外，将试验片载置于液状的紫外线固化树脂上后再照射紫外线，由此试验片介由固化后的紫外线固化树脂而粘结于金属表面，因此试验片的固定也很简单。

另外，在形成所述耐热性机器的金属例如像燃气轮机的尾筒内面一样分布在整个下部、侧部、上部的情况下，由于所述紫外线不透过试验片，因此在试验片背侧存在着未固化树脂，进而由于紫外线固化树脂具有弱粘结性，因此试验片不会发生剥离掉落。

另外，其特征在于，形成所述耐热性机器的金属设有多个贯通细孔，在由所述耐热性树脂闭塞所述贯通细孔的状态下，进行所述形成隔热涂敷层的步骤中的隔热涂敷材料的喷涂。

由此，贯通细孔不会因作为喷涂前处理的喷射加工或底涂敷处理而被堵塞。

另外，其特征在于，所述耐热性树脂是具有大小为所述贯通细孔的直径以下的不燃性填充剂的树脂。

通过使不燃性填充剂的大小为所述贯通细孔的直径以下，不燃性填充剂不会堵塞所述贯通细孔。

另外，其特征在于，所述试验片在与所述被膜层表面相对一侧的面中设有槽。

由此，即使在与试验片相对位置的树脂中含有空气块或单体气体，所述空气块或单体气体由于喷涂时的热量而膨胀的情况下，也会由于所述槽能够吸收膨胀了的空气块或单体气体而可以防止该膨胀引起的试验片的剥离。如果将所述槽设置为一直到试验片的侧端部，则能够将所述空气块或单体气体从槽引导至外部并排出，从而能够更加可靠地防止试验片的剥离。

如以上记载，本发明提供一种能够简单地进行喷涂对象物表面的遮蔽作业、并能够可靠地固定试验片而设定喷涂条件的喷涂方法。

附图说明

图1是表示实施例1的在内面进行喷涂加工的燃气轮机尾筒的部分立体图；

图2是进行喷涂条件的设定时的喷涂面附近的概要部分截面图；

图3是进行喷涂条件的设定并进行喷涂加工时的流程图；

图4中的(A)是试验片的侧视图，(B)是(A)的A-A截面图。

具体实施方式

下面，参照附图举例详细说明本发明的优选实施例。但是，记载于该实施例的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等如非特别指定性记载，并不限定本发明的范围，而只是单纯的说明例。

(实施例1)

燃气轮机由压缩机、燃烧器、涡轮这三个要素构成。在燃气轮机中，向燃烧器供应被压缩机压缩了的空气，将燃料吹入该燃烧器使之燃烧，把此时产生的高温高压的燃烧气体供应给离心式或轴流式的涡轮，从而使涡轮旋转。为了提高如上述构成的燃气轮机的热效率，优选提高涡轮入口的气体温度。在产业用燃气轮机中，进行涡轮入口的气体温度设为1300～1500℃左右的高温的运转。

在这样的燃气轮机中，用于将高温高压的燃烧气体导入涡轮的尾筒由于暴露于所述1300～1500℃左右的高温高压的燃烧气体中，因此，为了保持耐久性而对内部实施有隔热喷涂涂层(TBC)。但是，在燃气轮机的运转持续某一定时间后，所述TBC的一部分会发生剥落。因此，有必要定期或在涂层剥落时实施再次TBC。当实施再次TBC时，在机器人上安装熔融喷枪，按照规定的喷涂条件由熔融喷枪向着喷涂对象物以规定的压力喷出喷涂物，同时向着规定方向以规定速度移动机器人，对喷涂对象物的整个面或需要进行喷涂的面进行喷涂加工。此时，所述喷涂条件由于喷涂对象物的形状、材质等的不同而不同。因此，在进行喷涂加工之前有必要进行机器人示教，以能够设定最合适的喷涂条件并按照该喷涂条件进行喷涂。

以下，关于所述喷涂条件的设定，参照图1、图2、图4的同时，通过图3进行说明。

图1是表示实施例1的在内面进行喷涂加工的燃气轮机尾筒的部分立体图。

如图1所示，尾筒1中设有多个膜冷却用贯通细孔2。关于图1所示的耐热被膜层11以及试验片12，以后叙述。另外，尾筒1由镍基合金形成。

图2是进行喷涂条件的设定时的喷涂面附近的概要部分截面图。图3是进行喷涂条件的设定并进行喷涂加工时的流程图。

另外，图4的(A)是后述试验片12的侧视图，图4的(B)是图4的(A)的A-A截面图。如图4的(A)、(B)所示，试验片12中设有截面呈U字形的槽12a。

首先，停止燃气轮机的运转并使其充分冷却，卸下尾筒后，进行尾筒的喷涂条件的设定并进行喷涂加工。

在图3的流程图中，在步骤S1开始工序后，在步骤S2实施尾筒1内面的清扫。所述尾筒1内面的清扫，只要是能够不损伤尾筒1或不使尾筒1表面变质的清扫就可以，可以举出人进到里边以手工作业打扫的方法，以及使用高压水实施喷洗的方法等。

在步骤S2结束尾筒1内面的清扫后，在步骤S3用毛刷等向尾筒1内面涂敷厚度为100～200μm的液状紫外线固化树脂。紫外线固化树脂可以使用市售品，例如可以使用dimax corporation公司制“SpeedMASK”等。

另外，代替紫外线固化树脂，也可以使用能够以液状形成固化膜的树脂，例如干燥固化性树脂、光固化性树脂、热固化性树脂等，进一步可以使用具有不燃性填充剂的耐热硅密封材料等，所述填充剂是大小为所述贯通细孔2的直径以下的云母等。

需要说明的是，所述紫外线固化树脂等树脂，需要使用在后述喷涂加工时不会因喷涂的热量而燃烧的树脂。

在步骤S3向尾筒内面涂敷紫外线固化性树脂后，在步骤S4向涂敷于尾筒内面的紫外线固化树脂上载置试验片12。在本实施例中，使用与尾筒1为同种材料的镍基合金制(尺寸50×100×1mm)的试验片12，以50mm的间隔铺满尾筒1内面。

另外，需要使载置于尾筒1内(紫外线固化树脂上)的试验片12的面积、个数为能够在尾筒1的整个内面上确认喷涂状态的程度以上。

在步骤S4载置试验片后，在步骤S5将紫外线灯插入尾筒1内，向涂敷于尾筒1内面的紫外线固化树脂照射紫外线，使紫外线固化树脂固化而形成耐热被膜层11。

使用图2说明紫外线固化树脂的固化状态。照射紫外线后，在没有载置试验片12的位置11a，紫外线固化树脂固化。另一方面，在试验片12的背侧11b，如前所述，由于试验片12是镍基合金制，紫外线不透过而未固化。另外，如图2所示，紫外线在试验片12的端部附近侵入试验片12的背侧若干(2mm左右)，紫外线固化树脂固化。此时，能够在试验片12的端部形成与紫外线固化树脂粘结的粘结部11c。

由此，在不存在试验片12的位置11a，由紫外线固化树脂形成耐热被膜，试验片12通过粘结部11c以及耐热被膜层11粘结于尾筒1的内面。

所述试验片12被配置于尾筒内面的整个下部、侧部、上部。即使在尾筒内面的侧部及上部，试验片12由于在背侧11b存在未固化树脂，并且紫外线固化树脂(dimax corporation公司制“SpeedMASK”)具有弱粘结性，因此不会发生剥离掉落。

需要说明的是，代替紫外线固化树脂使用其它在液状状态下能形成固化膜的树脂时，在该步骤S5形成固化膜。

在步骤S5向尾筒1内照射紫外线形成耐热被膜层11后，在步骤S6对安装了熔融焊枪21的机器人(未图示)进行示教后，在该示教条件下进行与实际的喷涂加工相同的喷涂加工。具体来说，在本实施例中，进行喷射加工后，在300℃以下通过等离子喷涂在整个尾筒内面形成CoNiCrAlY构成的底涂层，进一步在300℃以下通过等离子喷涂在整个尾筒内面形成膜厚为500～700μm的ZrO₂和8Y₂O₃构成的表面涂层。等离子喷涂时的熔融焊枪21与试验片12间的距离为100mm左右。

另外，即使试验片12的背侧11b的紫外线固化树脂中含有空气块或单体气体(monomer gas)，所述空气块或单体气体由于喷涂时的热量而膨胀，也会由于膨胀了的空气块或单体气体从图4的(A)、(B)所示的U字形槽12a被引导至外部，而不会使试验片12因为该膨胀而剥离。

另外，贯通细孔2由于如图2所示被紫外线固化树脂闭塞，因此贯通细孔2不会由于所述喷射加工或底涂敷处理而堵塞。

在步骤S6进行喷涂加工后，在步骤S7剥离试验片12而进行试验片12的喷涂状态的检查。试验片12由于紫外线固化树脂的弱粘结力，通过所述耐热被膜层11被粘结于尾筒1内面，因此，人能够通过用手拉扯将其剥离。另外，所述检查确认在尾筒内的各位置有没有成为所期望的喷涂状态。

在步骤S7进行检查，如果在步骤S8检查结果为不良，那么在步骤S9除去紫外线固化树脂并变更喷涂条件，从步骤S3重新操作。重复步骤S3～S9，直至在步骤S8得到良好的结果并确定喷涂条件为止。

如果在步骤S8检查结果为良好，则在步骤S10除去紫外线固化树脂，将喷涂条件以及机器人示教设定为在步骤S6进行喷涂加工的条件，以该喷涂条件在步骤S11对尾筒1内面实施喷涂加工，在步骤S12结束作业。

另外，在步骤S9以及在步骤S10除去紫外线固化树脂时，如果用手或刮刀等进行剥离，那么不管是时间上还是成本上都是最有利的。在即使用手或刮刀也不能充分除去紫外线固化树脂的情况下，也可以通过燃烧除去树脂，或者通过用溶剂溶解来除去树脂。另外，在该树脂具有固化后能够从涂敷的金属表面剥离的性质的情况下，用手进行全面剥离。

需要说明的是，在步骤S11中，未闭塞的贯通细孔也被树脂闭塞，在由树脂闭塞所有贯通细孔的状态下实施喷涂加工，但是因为加工后进行燃烧试验，所以残存的贯通细孔内树脂能够由于燃烧气体的高温而分解/消失，从而贯通细孔内的直径不会因喷涂物附着而变小。

根据以上实施例1，能够在作为喷涂对象物的尾筒内面的金属表面，通过紫外线固化树脂来简单地制作被膜，进而能够可靠地固定试验片而设定喷涂条件，从而实施喷涂加工。

工业实用性

可以作为一种能够简单地进行喷涂对象物表面的遮蔽作业、并且能够可靠地固定试验片而设定喷涂条件的喷涂方法而被利用。

Claims (7)

1.一种喷涂方法，其向形成耐热性机器的金属表面喷涂隔热涂敷材料而形成隔热涂敷层，其特征在于，包括：

在所述金属表面的整个被喷涂面形成耐热性树脂的被膜层，在所述被膜层表面固定与形成所述耐热性机器的金属为同种材料的试验片，向所述试验片喷涂隔热涂敷材料后，将所述试验片从所述被膜层表面剥离并确认喷涂状态，从而设定喷涂条件的步骤；

除去所述被膜层的步骤；以及

以所述设定了的喷涂条件向所述金属表面喷涂隔热涂敷材料而形成隔热涂敷层的步骤。

2.如权利要求1所述的喷涂方法，其特征在于，

所述耐热性树脂是液状的光固化树脂，在所述设定喷涂条件的步骤中，为了在所述金属表面的整个被喷涂面形成所述耐热性树脂的被膜层，在所述被膜层表面固定与形成所述耐热性机器的金属为同种材料的试验片，而在所述金属表面的整个被喷涂面涂敷所述液状的光固化树脂，在该光固化树脂上载置所述试验片，向所述液状的光固化树脂照射光使其固化，由此在所述金属表面的整个被喷涂面形成光固化树脂的被膜层，并将所述试验片固定于所述光固化树脂表面。

3.如权利要求1所述的喷涂方法，其特征在于，

形成所述耐热性机器的金属设有多个贯通细孔，在由所述耐热性树脂闭塞所述贯通细孔的状态下，进行所述形成隔热涂敷层的步骤中的隔热涂敷材料的喷涂。

4.如权利要求2所述的喷涂方法，其特征在于，

形成所述耐热性机器的金属设有多个贯通细孔，在由所述耐热性树脂闭塞所述贯通细孔的状态下，进行所述形成隔热涂敷层的步骤中的隔热涂敷材料的喷涂。

5.如权利要求3所述的喷涂方法，其特征在于，

所述耐热性树脂是具有大小为所述贯通细孔的直径以下的不燃性填充剂的树脂。

6.如权利要求4所述的喷涂方法，其特征在于，

所述耐热性树脂是具有大小为所述贯通细孔的直径以下的不燃性填充剂的树脂。

7.如权利要求1～6中任意一项所述的喷涂方法，其特征在于，

所述试验片在与所述被膜层表面相对一侧的面中设有槽。

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