CN104308372A

CN104308372A - 不形成毛刺的激光钻孔

Info

Publication number: CN104308372A
Application number: CN201410465058.3A
Authority: CN
Inventors: A.马萨; A.奥珀特
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-05-04
Filing date: 2011-05-04
Publication date: 2015-01-28
Also published as: CN102284793A; EP2712700A1; RU2011117457A; US20110272387A1; US20140332512A1; EP2384845A1

Abstract

不形成毛刺的激光钻孔。在通过冲击法产生孔的过程中经常形成毛刺。通过在第一步骤中使用冲击法以及在第二步骤中使用旋切打孔法避免形成毛刺，其中，所要制造的孔（10）的直径逐步地扩大。

Description

不形成毛刺的激光钻孔

技术领域

本发明涉及部件的激光钻孔。

背景技术

现有技术使用激光器产生孔。使用激光器时产生冲击（Perkussieren）和旋切打孔（Trepanieren）。特别是在金属基底上产生孔时，由于基底材料的汽化而导致在孔出口上形成毛刺，即使表面具有表面保护。

这些毛刺必须通过附加的开支例如借助研磨去除。这一点费时并会导致损坏可能存在的涂层。

发明内容

因此本发明的目的在于解决上述问题。

该目的通过按权利要求1所述的方法得以实现。

附图说明

从属权利要求中列举了其它优选的措施，它们能够进行任意的相互组合，以获得其它的优点。其中：

图1、2、3、4示出按本发明方法的步骤；

图5示出涡轮叶片；

图6示出超级合金的列表；

图7、8示出不同的激光方法。

附图和说明书仅示出本发明的实施例。

具体实施方式

图7示出部件的基底4，所述基底借助激光射束7进行加工。在此焦点优选处于基底4的表面5的下面并且所述基底或部件的材料被气化，如通过箭头所示。激光射束在此不在平面的内部运动（冲击法）、必要时垂直于表面8运动。

在另一种激光方法也即旋切打孔（图8）中，沿着要制造的孔10所期望的形状引导激光射束7。

图1示出按本发明的方法的第一步骤。

借助冲击法产生中间孔10'，优选是盲孔，直至达到确定的深度，优选达到孔10的最终钻孔深度的至少40%，完全优选达到至少60%，优选达到90%或者说95%。

在此所述中间孔10'的横截面或直径小于所要制造的孔10的最终直径。所述中间孔10'的直径优选比最终直径小至少10%。其优选为最终直径的40% - 60%。用于制造中间孔10'的能量能够较小地选择并且优选能够调整激光射束向材料内的散焦。

在制造盲孔的过程中，在盲孔10'的端部保留了剩余部分16。

在进一步的步骤中，优选在不改变孔10'的横截面或直径的情况下，通过冲击法并优选利用更高的能量（至少高20%）在最佳焦点中进行穿孔（图2）。这样就产生了过渡贯通孔10''。

作为选择在第三步骤中，所述过渡贯通孔10''能够通过旋切打孔法预抛光并产生抛光孔10'''（图3）。

所述盲孔10'或过渡贯通孔10''的半径优选总计为所要制造的孔10的最终半径或横截面的50%。

在最后的步骤中，所述孔10最终通过旋切打孔法由过渡贯通孔10''或预抛光的孔10'''制造并且调整为所期望的最终直径19（图4）。

通过预冲击以及通过接下来的旋切打孔过程将毛刺最小化或者说避免毛刺。

特别是对于不同的激光方法（旋切打孔、冲击）能够使用一个或多个激光器。

图5以透视视图示出了沿纵向轴线121延伸的流体机的工作叶片120或导向叶片130。

所述流体机可以是飞机或发电站用于产生电的燃气蜗轮机、蒸汽轮机或压缩机。

所述叶片120、130沿纵向轴线121依次具有固定区域400、与其相邻的叶片平台403以及叶片板406和叶片尖部415。

作为导向叶片130的叶片130在其叶片尖部415上能够具有另一个平台（未示出）。

在固定区域400中形成叶片根部183，所述叶片根部用于将工作叶片120、130固定在轴上或者盘上（未示出）。所述叶片根部183例如设计成锤头。所述叶片根部183也可以设计成圣诞树或燕尾槽形状的根部。所述叶片120、130为流经所述叶片板406的介质具有流入棱边409以及流出棱边412。

对于传统的叶片120、130，在叶片120、130的所有区域400、403、406内例如使用实心金属材料、特别是超级合金。这种超级合金例如由EP 1 204 776 B1、EP 1 306 454、EP 1 319 729 A1、WO 99/67435或 WO 00/44949公开。叶片120、130在此能够通过也借助定向凝固的铸造法、通过锻造法、通过铣削法或这些方法的组合制成。

带有单晶结构或多个单晶结构的工件作为机器的构件使用，所述工件在运行中承受高度的机械、热和/或化学负荷。例如通过熔化物的定向凝固实现这样的单晶的工件的制造。这就是铸造法，其中液态金属合金凝固成单晶的结构，也就是单晶的工件或者定向凝固。在此，树枝状的晶体沿热流对齐并且或者形成柱状结晶的粒状结构（柱状的，也就是晶粒，其分布到工件的整个长度上并在这里按照普遍使用的语言称为定向凝固），或者形成单晶的结构，也就是所述整个工件由唯一的晶体组成。在这些方法中，必须避免向球状（多晶的）的凝固过渡，因为通过无定向的生长必然地构造成横向的和纵向的晶粒边界，所述晶粒边界使定向凝固或单晶的部件失去了良好的特性。如果一般谈到定向凝固的结构，那么因此既指不具有晶粒边界或最多具有小角度晶界的单晶，也指柱状结晶结构，所述柱状结晶结构可能具有分布在纵向上的晶粒边界，但不具有横向的晶粒边界。在二度提及这些结晶结构情况下，也称为定向凝固的结构（directionally solidified structures）。这些方法由US-PS 6.024.792以及EP 0 892 090 A1公开。

叶片120、130同样能够具有防腐蚀或氧化的涂层，例如（MCrAlX；M是铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）组的至少一种元素，X是活性元素并代表钇（Y）和/或硅和/或稀土的至少一种元素或者说铪（Hf））。这些合金由EP 0 486 489 B1、EP 0 786 017 B1、EP 0 412 397 B1或EP 1 306 454 A1公开。密度优选是理论密度的95%。在MCrAlX层（作为中间层或作为最外层）上形成保护的氧化铝层（TGO = thermal grown oxide layer（热氧化生成层））。

所述层成分优选具有Co-30Ni-28Cr-8Al-0.6Y-0.7Si或Co-28Ni-24Cr-10Al-0.6Y。除了这些钴基的保护层外，优选也使用镍基的保护层，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上还能够存在绝热层，所述绝热层优选是最外层并例如由ZrO₂、Y₂O₃-ZrO₂组成，也就是说，它不能部分地或完全地通过氧化钇和/或氧化钙和/或氧化镁来稳定。所述绝热层覆盖整个MCrAlX层。通过适当的涂层方法，例如电子射束气化（EB-PVD）在绝热层上产生柱状晶粒。可以考虑其他涂层方法，例如大气等离子喷涂（APS）、LPPS、VPS或CVD。绝热层能够具有用于改善耐热稳定性的多孔的、含有微观和宏观裂纹的晶粒。绝热层于是优选比MCrAlX层多孔。

重新磨光（Refurbishment）意味着部件120、130在其使用后如果需要的话必须清除保护层（例如通过喷砂）。然后实现腐蚀层和/或氧化层或者说产物的去除。如果需要的话还要修复部件120、130中的裂纹。然后实现部件120、130的重新涂层以及部件120、130的重新使用。

所述叶片120、130能够构造成空心的或实心的。当叶片120、130应该冷却时，其是空心的并且如果需要的话还具有薄膜式冷却孔418（虚线所示）。

Claims

1.用于借助至少一个激光器制造孔（10）的方法，其中，在第一步骤中产生至少一个带有与所要制造的孔（10）相比较明显较小的直径的中间孔（10'、10''、10'''），其中带有较小直径的中间孔（10'）是贯通孔并且使用冲击法，在最后的步骤中产生所要制造的孔（10）的最终直径，

通过旋切打孔法加工过渡贯通孔（10''）并达到孔（10）的最终直径。

2.按权利要求1所述的方法，其中，过渡贯通孔（10''）通过旋切打孔法预抛光。

3.按权利要求1或2所述的方法，其中，制造贯通孔（10）。

4.按权利要求1、2或3所述的方法，其中，中间孔（10'）的直径在第一步骤中小于所要制造的孔直径的至少10%，特别总计是最终直径的40% - 60%。