CN102085606A - 给空心部件钻通孔时的填料、用于此的方法和装置 - Google Patents

给空心部件钻通孔时的填料、用于此的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及给空心部件钻通孔时的填料、用于此的方法和装置。由玻璃制成的新颖的填料改善了射束的能量的吸收和分布，从而不会损坏所述空心部件（1、120、130、155）的处于内部的壁（28）。

Description

给空心部件钻通孔时的填料、用于此的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种在给空心部件钻孔时的填料以及用于此的一种方法和一种装置，其中穿过外壁产生通孔。
背景技术
部件例如涡轮机叶片具有薄膜冷却孔作为通孔，在铸造部件之后置入所述通孔。
为此使用激光或者电子束，从而在外壁中产生孔。在空心部件中，通常用材料填充空腔，从而防止在过程最后击穿孔时强烈地损坏位于内部的壁。这能够通过用可UV硬化的材料进行的填充来实现。
然而这不总是足够的，例如在材料蒸发并且然后通过孔向外排出时。
此外，材料的置入和去除是花费时间的。
发明内容
因此，本发明的任务是解决上面所提到的问题。
该任务通过按权利要求1所述的填料、按权利要求9所述的方法以及按权利要求11所述的装置得到解决。
在从属权利要求中列出了其它有利的措施，所述措施能够相互任意地组合，从而实现其它优点。
附图说明
附图示出：
图1是用于实施方法的装置连同这样的填料；
图2是涡轮机叶片；
图3是超合金的列表。
具体实施方式
附图以及说明仅仅表示本发明的实施例。
在图1中示出了部件1、120、130的部分区域。
该部件1优选是涡轮机叶片120、130，要在内部冷却该涡轮机叶片，从而所述部件1、120、130具有空腔19。
从外壁4的外表面22出发产生孔7。
该孔7应该在其最后阶段获得通孔，如在图1中用点示出的那样。
为了钻孔优选使用激光器10，该激光器发射激光束13，该激光束使壁4的材料蒸发。
同样也可以使用电子束或者其它充满能量的射束。
这种方法中的问题在于，在产生通孔7的最后的区域25时，激光束会部分地侵入空腔19并且会损坏空腔19中对置的壁28。
相反，将填料16’、16’’、16’’’置入空腔19中，从而保护位于内部的壁28。
按本发明，在这里将球16’、16’’、…、尤其玻璃球置入空腔19中。
所述球16’、16’’、…的目的是吸收和/或反射能量束（激光束）。
所述玻璃球优选具有≤5mm的直径，尤其≤2mm，特别≤1.2mm。优选也可以使用不同的球直径，例如可以将较小的球填充较大的球之间的中间空间，从而实现更高的充填密度。
优选所述直径至少为0.1mm，尤其为0.3mm。
在这里优选使用硅酸盐玻璃或者铍玻璃。
对于玻璃球没有对圆度或者表面特性提出特别高的要求，从而避免了对其的关注。
激光能量的或者能量束的吸收过程同样能够通过有色的、优选绿色或者蓝色的玻璃球来改善。
如果激光或者能量束碰到一个或者多个这样的玻璃球上，那么分解激光能量，使得分解的激光束的能量或者激光束的拓宽不再足以在对置的壁上实现损坏。通过变形和表面特性耗尽能量束。
能量的吸收也通过以下方法实现，即通过激光束强有力地碰到玻璃球并且将其打碎。由此变空的空腔通过其它接替的玻璃球进行填充。这通过玻璃球的自重自动地实现。所述球能够构造成实心的或者多孔的。
所述玻璃球或者玻璃球的剩余部分能够简单地从部件1的或者涡轮机叶片120、130的内部去除，其中人们简单地将其倒空或者例如机械地进行振动。相对于使用蜡或者其它材料，不必重新加热并且通过填料的软化实现流出。由此显著加速去除所述填料。
图2以透视图示出了流体机械的转子叶片120或导向叶片130，该转子叶片或者导向叶片沿着纵轴线121延伸。
该流体机械可以是飞机的或者用于发电的发电厂的燃气涡轮机、蒸汽涡轮机或者压缩机。
所述叶片120、130沿着纵轴线121先后跟随地具有固定区域400、邻接的叶片平台403以及叶身406和叶尖415。
作为导向叶片130，该叶片130在其叶尖415上可以具有另一平台（没有示出）。
在固定区域400中形成了叶根183，该叶根用于将转子叶片120、130固定在轴上或者盘上（没有示出）。
例如将叶根183设计成锤头。其它作为枞树叶根或者燕尾叶根的设计方案也是可以的。
所述叶片120、130对于流过叶身406的介质具有流入边缘409和流出边缘412。
在常规的叶片120、130中，在叶片120、130的所有区域400、403、406中例如使用实心的金属材料、尤其超合金。
这种超合金例如由EP 1 204 776 B1、EP 1 306 454、EP 1 319 729 A1、WO 99/67435或者WO 00/44949公开。
在此，所述叶片120、130可以通过铸造方法、也借助于定向凝固、通过锻造方法、通过铣削方法或者这些方法的组合制成。
具有单晶结构的工件用作机器的部件，所述部件在运行中暴露在高的机械、热和/或化学载荷之下。
例如通过由熔液的定向凝固来制造这种单晶的工件。在此涉及铸造方法，其中将液态的金属合金定向凝固成单晶结构，也就是定向凝固成单晶的工件。
在此，枝状的晶体沿着热流定向，并且要么形成杆状晶的晶粒结构（柱状晶，也就是在工件的整个长度上延伸的并且在这里根据普通的语言惯用语称为定向凝固的晶粒）要么形成单晶的结构，也就是整个工件由一个唯一的晶体构成。在这种方法中必须避免过渡到球状晶的（多晶的）凝固，因为通过非定向的生长必然形成横向和纵向的晶界，这些晶界使得定向凝固的或者单晶的部件的良好特性遗失殆尽。
如果通常谈及定向凝固的组织，那么以此不仅是指没有晶界或者最多具有小角度晶界的单晶体，而且是指具有可能沿纵向延伸的晶界、但是没有横向晶界的杆状晶结构。这两种提到的晶体结构人们也称为定向凝固的组织（directionally solidified structured）。
这种方法由US-PS 6,024,792以及EP 0 892 090 A1公开。
所述叶片120、130同样可以具有抗腐蚀或抗氧化的涂层，例如（MCrAlX；M是铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）组中的至少一种元素，X是活性元素并且表示钇（Y）和/或硅和/或至少一种稀土元素或者说铪（Hf））。这种合金由EP 0 486 489 B1、EP 0 786 017 B1、EP 0 412 397 B1或者EP 1 306 454 A1公开。
密度优选是理论密度的95%。
在MCrAlX层（作为中间层或者最外面的层）上形成了保护性的氧化铝层（TGO=热生长氧化层）。
优选所述层成分具有Co-30Ni-28Cr-8Al-0.6Y-0.7Si或者Co-28Ni-24Cr-10Al-0.6Y。除了所述钴基的保护涂层之外，也优选使用镍基的保护层，例如Ni-10Cr-12Al-0.6Y-3Re或者Ni-12Co-21Cr-11Al-0.4Y-2Re或者Ni-25Co-17Cr-10Al-0.4Y-1.5Re。
在MCrAlX上还可以存在隔热层，该隔热层优选是最外面的层并且例如由ZrO2、Y2O3-ZrO2制成，也就是说该隔热层不是部分或者完全地通过氧化钇和/或氧化钙和/或氧化镁来稳定。
所述隔热层覆盖整个MCrAlX层。通过合适的涂层方法例如电子束气相沉积（EB-PVD）在隔热层中产生杆状晶粒。
可以考虑其它涂层方法，例如大气等离子喷涂（APS）、LPPS、VPS或者CVD。所述隔热层可以具有多孔的、带有微观裂纹或者宏观裂纹的晶粒用于更好地抵抗热冲击。因此，该隔热层优选比MCrAlX层更多孔。
再加工（翻新）是指，所述部件120、130在其使用之后必要时必须除去保护层（例如通过喷砂）。随后去除腐蚀层和/或氧化层或者说腐蚀产物和/或氧化产物。必要时也还要修复部件120、130中的裂纹。随后重新对部件120、130进行涂层并且重新使用所述部件120、130。
所述叶片120、130可以构造成空心的或者实心的。如果要冷却所述叶片120、130，那么该叶片是空心的并且必要时还具有薄膜冷却孔418（虚线示出）。

Claims (11)

1.在给空心部件（1、120、130、155）钻通孔（7）时的填料，该填料是吸收性的或者反射性的球（16’、16’’、…），尤其是玻璃球。
2.按权利要求1所述的填料，其中，所述玻璃球（16’、16’’、…）具有≤5mm的直径，尤其≤2mm，特别≤1.2mm。
3.按权利要求1或2所述的填料，所述填料具有硅酸盐玻璃，尤其由该硅酸盐玻璃制成。
4.按权利要求1、2或3所述的填料，所述填料具有铍玻璃。
5.按权利要求1、2、3或4所述的填料，其中，所述玻璃是有色的，尤其是绿色或蓝色的。
6.按权利要求1、2、3、4或5所述的填料，所述填料的球（16’、16’’、…）具有不同的直径。
7.按权利要求1、2、3、4、5或6所述的填料，所述填料的球（16’、16’’、…）是实心的。
8.按权利要求1、2、3、4、5或6所述的填料，所述填料的球（16’、16’’、…）是空心的或者是多孔的。
9.用于形成空心部件（1、120、130、155）的穿过所述空心部件的壁（4）的通孔（7）的方法，其中，将按权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的填料在空腔（19）中围绕所述空心部件（1、120、155）的有待形成的通孔（7）进行布置，并且能量束碰到所述填料（16’、16’’、…）。
10.按权利要求9所述的方法，其中，使用激光形成所述通孔（7）。
11.用于激光钻孔的装置，该装置具有：
激光器，
用于部件（120、130）的保持装置，
部件（120、130），
所述部件（120、130）中的按上述权利要求1到8中一项或者多项所述的填料（16’、16’’、…）。
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