CN103706948A

CN103706948A - 用于保护构件的方法、用于激光打孔的方法和构件

Info

Publication number: CN103706948A
Application number: CN201310464435.7A
Authority: CN
Inventors: 克里斯托弗·德格尔; 安德烈亚·玛萨; 罗尔夫·维尔肯赫纳; 亚德里恩·沃尔尼克
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-10-01
Filing date: 2013-10-08
Publication date: 2014-04-09
Also published as: US20140093669A1; EP2712699A1

Abstract

通过应用特氟龙粉末能够极其容易且极其快速地填充空心构件（1）的空腔，并且尽管如此仍实现对内部结构（22）的充分的保护。此外，能够在激光打孔之后再次极其容易地移除填充材料。

Description

用于保护构件的方法、用于激光打孔的方法和构件

技术领域

本发明涉及一种用于激光打孔的方法和一种相应的保护方法以及一种构件，其中将填充材料引入到空心构件中。

背景技术

如涡轮叶片的高温构件在内部被冷却，其中空气或热蒸汽附加地穿过薄膜冷却孔排出，以便附加地保护表面。

因此，必须将穿通孔引入到空心浇铸的构件中。然而在此，在打孔时，当激光束在穿通时进入到空心构件的内部中时，应不损坏或不强烈地损坏内部结构。

通常，对在室温下硬质的材料进行加热、液化并且在压力下引入到空腔中。然后，进行激光辐射，其中然后再次必须通过耗费的且长的灼烧过程来移除材料。

发明内容

因此，本发明的目的是解决上述问题。

该目的通过一种根据本发明所述的用于在对具有空腔的构件进行激光加工的情况下保护构件的方法来实现，其中所述激光加工尤其是激光打孔，尤其是穿过所述构件的所述空腔的壁引入穿通孔，其中所述空腔至少在要被加工的区域的区域中用特氟龙粉末进行填充，借助胶冻剂、尤其借助明胶将所述特氟龙粉末引入到所述空腔中；通过一种用于对构件进行激光打孔的方法来实现，其中穿过所述构件的空腔的壁引入穿通孔，并且应用根据本发明的上述用于保护所述空腔的方法；以及通过一种空心构件来实现，其具有处于空腔中的胶冻剂和特氟龙粉末。

在下文中列出其他有利的措施，所述有利的措施能够任意彼此结合，以便获得其他优点。

附图说明

附图示出：

图1示出具有构件的激光打孔设备的示意图；

图2示出涡轮叶片；

图3示出超合金列表。

附图和描述仅代表本发明的实施例。

具体实施方式

图1仅作为示例的空心构件1示出由镍基或钴基合金（优选根据图3）制成的涡轮叶片120、130（图2）的剖视图，所述空心构件具有空腔10。应当穿过构件1、120、130的空腔10的壁16在区域19中尤其——以虚线表明的方式——产生穿通孔19（下面仅示例性地阐明）。这通过激光器4（或者电子枪）来进行，所述激光器的射束从表面7起移除壁16的材料。在穿通到空腔10中时，能够损坏空心构件1、120、130的空腔10中的内部结构22。

为了避免上述情况，将特氟龙粉末13至少在要制造的穿通孔19的区域中引入到空腔10中。在此，将特氟龙粉末13经由载体液体引入到空腔10中。上述载体液体优选是水基的。在此，特氟龙粉末与胶冻剂、尤其是明胶混合，以便产生悬浮液，所述悬浮液然后优选被干燥或者凝固。

胶冻剂的份额优选为50g/l至300g/l。同样能够优选地应用表面活性剂、尤其应用十二烷基铪酸钠，更尤其具有0.01g/l至0.5g/l，以便改进可填充性。

特氟龙粉末13优选具有10μm至1000μm的粒度，并因此表现出低的表面活性。

在激光打孔之后，能够将由特氟龙13和载体液体或者明胶组成的混合物简单地从叶片120、130中移除，例如其中将叶片120、130引入热的水池中。

特氟龙粉末13起保护作用，使得在激光方法中能够应用打击方法（Pekussier-Verfahren）或者钻穿方法，以便产生高质量的孔19并且以便避免“重铸”。

在制造孔19之后，能够将特氟龙粉末13与胶冻剂一起移除。这能够通过摇动或振动来辅助。

因此，波形的空腔10也能够容易地接近。优选地，能够再次应用特氟龙粉末13。必要时，还需要在灼烧炉中进行显著更短的灼烧。

一种应用情况也在于，当对具有已经打孔的穿通孔的构件1、120、130覆层并且同样保护空腔10时，再次打开构件1、120、130中的孔。

特氟龙由于其特别的热学特性而在激光打孔时是内腔的最佳的保护剂。单独归功于特氟龙粉末或者归功于其与如蜡或者水基溶液的载体液体的结合，与没有特氟龙的蜡相比，也能够在要保护的空腔的可接近性受限制或者不存在的叶片上确保更好的保护。这可以实现应用打击方法和钻穿方法。特氟龙粉末与至今为止所应用的硬质蜡相比能够更快速地被移除。通过本发明，在激光打孔过程时间中并且在过程准备和后处理中实现明显的节约。此外，孔的质量提高，因为能够使用打击方法和钻穿方法。特氟龙粉末也能够用于对当前使用蜡作为保护的多种类型叶片打孔。在此优点是，内腔通过用粉末填充而完全地被填充进而能够被更好地保护。

图2在立体图中示出流体机械的沿着纵轴线121延伸的转子叶片120或导向叶片130。

所述流体机械可以是飞机的或用于发电的发电厂的燃气轮机，也可以是蒸汽轮机或压缩机。

叶片120、130沿着纵轴线121相继具有：固定区域400、邻接于固定区域的叶片平台403以及叶身406和叶片梢部415。作为导向叶片130，叶片130可以在其叶片梢部415处具有另一平台（未示出）。

在固定区域400中形成有用于将转子叶片120、130固定在轴或盘上的叶片根部183（未示出）。叶片根部183例如构成为锤头形。作为圣诞树形根部或燕尾形根部的其他构形是可行的。

叶片120、130对于流过叶身406的介质具有迎流棱边409和出流棱边412。

在传统叶片120、130中，在叶片120、130的所有区域400、403、406中使用例如实心的金属材料、尤其是超合金。例如由EP 1 204 776B1、EP 1 306 454、EP 1 319 729 A1、WO 99/67435或WO 00/44949已知这样的超合金。在这种情况下，叶片120、130可以通过铸造法，也可以借助定向凝固、通过锻造法、通过铣削法或其组合来制造。

将带有一个或多个单晶结构的工件用作机器的在运行中承受高的机械的、热的和/或化学的负荷的构件。这种单晶工件的制造例如通过由熔融物的定向凝固来进行。在此，这涉及一种浇注法，其中液态金属合金凝固为单晶构造物、即单晶工件，或者定向凝固。在这种情况下，枝状晶体沿热流定向，并且形成柱状晶体的晶粒结构（柱状地，这就是说在工件的整个长度上分布的晶粒，并且在此根据一般的语言习惯称为定向凝固），或者形成单晶结构，这就是说整个工件由唯一的晶体构成。在这些方法中，必须避免过渡成球形（多晶的）凝固，因为通过非定向的生长不可避免地构成横向和纵向晶界，所述横向和纵向晶界使定向凝固的或单晶的构件的良好特性不起作用。

如果一般性地提到定向凝固组织，则是指不具有晶界或最多具有小角度晶界的单晶和确实具有沿纵向方向分布的晶界但不具有横向晶界的柱状晶体结构。第二种所提到的晶体结构也称为定向凝固组织（directionally solidified structures）。由US-PS6,024,792和EP 0 892090 A1已知这样的方法。

叶片120、130同样可以具有抗腐蚀或抗氧化的覆层，例如（MCrAlX；M是铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）中的至少一种元素，X是活性元素并代表钇（Y）和/或硅和/或至少一种稀土元素，或铪（Hf））。由EP 0 486 489 B1、EP 0 786 017 B1、EP 0 412 397 B1或EP 1 306 454A1已知这样的合金。密度优选地是理论密度的95%。在（作为中间层或最外层的）MCrAlX层上形成保护性氧化铝层（TGO=thermal grownoxide layer（热生长氧化层））。

优选地，层成分具有Co-30Ni-28Cr-8Al-0.6Y-0.7Si或Co-28Ni-24Cr-10Al-0.6Y。除这些钴基保护覆层外，也优选地使用镍基保护层，例如Ni-10Cr-12Al-0.6Y-3Re或Ni-12Co-21Cr-11Al-0.4Y-2Re或Ni-25Co-17Cr-10Al-0.4Y-1.5Re。

在MCrAlX上还可以有隔热层，隔热层优选是最外层并例如由ZrO₂、Y₂O₃-ZrO₂组成，即，隔热层通过氧化钇和/或氧化钙和/或氧化镁非稳定、部分稳定或完全稳定。隔热层覆盖整个MCrAlX层。

通过例如电子束气相淀积（EB-PVD）的适当的覆层方法在隔热层中产生柱状晶粒。其他覆层方法也是可以考虑的，例如气相等离子喷涂（APS）、LPPS（低压等离子喷涂）、VPS或CVD。隔热层可以具有多孔的、有微观裂缝或宏观裂缝的晶粒，用于更好地耐热冲击。因此，隔热层优选地比MCrAlX层更为多孔。

再处理（Refurbishment）意味着在使用构件120、130后，必要时必须将保护层从构件120、130上去除（例如通过喷砂）。接着，去除腐蚀层和/或氧化层及腐蚀产物和/或氧化产物。必要时，还修复在构件120、130中的裂缝。然后，进行构件120、130的再覆层以及构件120、130的重新使用。

叶片120、130能够构成为是空心的或实心的。当叶片120、130应当被冷却时，其实空心的并且必要时还具有薄膜冷却孔418（虚线表明）。

Claims

1.一种用于在对具有空腔（10）的构件（1，120，130）进行激光加工的情况下保护构件（1，120，130）的方法，所述激光加工尤其是激光打孔，尤其是穿过所述构件（1，120，130）的所述空腔（10）的壁（16）引入穿通孔（19），

其中所述空腔（10）至少在要被加工的区域（19）的区域中用特氟龙粉末（13）进行填充，

其特征在于，借助胶冻剂、尤其借助明胶将所述特氟龙粉末（13）引入到所述空腔（10）中。

2.根据权利要求1所述的方法，其中应用水基的胶冻剂。

3.根据权利要求1或2中一项或两项所述的方法，其中应用50g/l至300g/l的胶冻剂。

4.根据权利要求1至3中一项或多项所述的方法，其中应用表面活性剂、尤其应用十二烷基铪酸钠。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述表面活性剂的浓度为0.01g/l至0.5g/l。

6.根据上述权利要求中一项或多项所述的方法，其中应用200g/l至1000g/l的特氟龙。

7.根据权利要求1至6中一项或多项所述的方法，其中用特氟龙粉末（13）填充整个所述空腔（10）。

8.根据权利要求1至7所述的方法，其中所述特氟龙粉末（13）具有10μm至1000μm的粒度。

9.根据上述权利要求中一项或多项所述的方法，其中在引入所述穿通孔（19）之后为了从所述空腔（10）中移除材料进行极其短暂的灼烧过程。

10.一种用于对构件（1，120，130）进行激光打孔的方法，其中穿过所述构件（1，120，130）的空腔（10）的壁（16）引入穿通孔（19），并且应用根据权利要求1至9中一项或多项所述的用于保护所述空腔（10）的方法。

11.一种空心构件（1，120，130），其具有处于空腔（10）中的胶冻剂和特氟龙粉末（13）。

12.根据权利要求11所述的空心构件（1，120，130），其中所述特氟龙粉末（13）具有10μm至1000μm的粒度。

13.根据权利要求11或12中一项或两项所述的空心构件（1，120，130），在所述空心构件的空腔（10）中存在特氟龙粉末（13）和胶冻剂、尤其是明胶。