CN104520054B - 用于飞机涡轮喷气发动机的金属部件的完全覆层的方法，和用于实施该方法的完全保护工具 - Google Patents

用于飞机涡轮喷气发动机的金属部件的完全覆层的方法，和用于实施该方法的完全保护工具 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于镀覆飞机涡轮喷气发动机的金属部件(202)的方法，所述金属部件(202)包括多个金属部分(203、204)，所述方法使用喷嘴(211)发射激光束，其特征在于，所述方法包括下列不同的步骤：将待镀覆的金属部件(202)放在转盘(201)上就位；将罩子(205)放在转盘(201)上就位；喷嘴(211)定位到罩子(205)的开口(206)内；在罩子(205)下方注入惰性气体；通过执行下列操作镀覆金属部件(202)的第一部分(203)：喷涂金属粉末、发射激光束和相对于所述第一金属部分(203)移动喷嘴(211)。

Description

用于飞机涡轮喷气发动机的金属部件的完全覆层的方法，和 用于实施该方法的完全保护工具
本发明的技术领域
本发明涉及一种方法用以镀覆飞机涡轮喷气发动机的金属部件的整体方法。本发明还涉及一种专用工具，该专用工具用以完全保护使用根据本发明的方法来镀覆的金属部件。
因此，本发明的技术领域总体上是飞机发动机，和更具体地是使用一种方法来镀覆飞机发动机的某些金属部件的修复。
非限制性地，所考虑的金属部件优选为，例如单件整体叶盘的一个叶片，或具有后缘和/或前缘的任何部件，例如低压涡轮叶片。在实践中，本发明涉及飞机涡轮喷气发动机的任何金属部件，其中，该金属部件的一部分(特别是端部)需要在其上镀覆操作，换句话说，该金属部件的一部分(特别是端部)需要在其上通过使用TIP类型的修复方法来重建所考虑部件的适当形状的修复。TIP类型的修复方法使用一种定向的激光发射(或一种定向的电子束)方法，该定向的激光发射(或一种定向的电子束)方法引起有选择的粉末熔合(归入术语“激光镀覆”和“激光金属沉积”的已知方法)，其中所考虑部件通过在粉末沉积物之上的激光的连续通过被重建。
本发明优选地涉及到的金属部件为在镀覆操作期间存在氧化危险的部件，这适用于含有钛、镍、铝和钴的金属部件。对于这些部件，有必要防止所考虑部件的机械性能的任何劣化，并且以防止所述部件的任何氧化。
本发明的技术背景
现有技术包括不同的解决方案用以执行此种激光镀覆操作，以便修复某些金属部件而防止所考虑部件的氧化现象。特别地，图1中示出的解决方案已经被公开。在该图中，示出了叶片101，其中叶片101的端部102已经损坏并且为其通过激光熔合镀覆是必要的。这是通过使用喷嘴103发射激光束，或更普遍的发射电子束，以熔化粉末便于镀覆端部102。
在该举例说明的方法中，保护腔室104放置于喷嘴103的端处。该保护腔室104具有一个总体呈倒U形状的凹槽105的下端，在凹槽105的内侧，插入待镀覆的端部102。通过连接到喷嘴103的管106，凹槽105体积内部的氧气是通过注入惰性气(例如氩气或氦气)体排出的；该端部102从而可以镀覆而没有发生任何氧化现象。因此，在此类示例中，来自喷嘴的气体被用来做为待重建区域的局部保护。
然而，此种方法不能满足于在几厘米的相当大的距离之上镀覆该端102。叶片101的端部102是弯曲的，而且喷嘴103的有限平移位移妨碍保护腔室在这一相当大的距离之上移动。凹槽105必须在尺寸上受限制以允许它由惰性气体填充，和使得该保护腔室104可以插入在叶片101和相邻叶片(未示出)之间。此种在尺寸上限制的结果是，该凹槽105的壁是相互靠近的，而且快速地与端部102接触，其防止在凹槽105内部的端部102的移动，和因此使得它不可能镀覆该待镀覆的整个端部102。此外，尽管做出努力，氧化现象不能用该方法完全消除掉。
现有技术也公开了形成一空间的大隔间的使用，该空间要么可以由惰性气体填充，要么可以在其内部形成真空并且在其中插入该待镀覆的部件和所有所需的用于镀覆的设备；但是此种解决方案是昂贵的，并且在实践中是缓慢的，因为大量的惰性气体插入到所考虑的隔间内。
本发明的一般描述
本发明的目的为刚被提出的这些问题提供了一种解决方案，其通过公开一种廉价的、使用方便的整体方法和一种保护工具用以镀覆金属部件，使得它有可能快速地而不消耗非常多的惰性气体来镀覆相同金属部件的不同金属部分。
这特别地通过在转盘上设置包括不同的待镀覆金属部分的金属部件实现，金属部件的周围空间通过一个罩子使其不漏，在罩子内部具有一个开口，在其内部将插入发射激光束或电子束的喷嘴。在该优选的方法中，转盘的使用使得它有可能快速地将待镀覆的不同部分面向喷嘴定位。
从而本发明基本上涉及一种用于镀覆飞机涡轮喷气发动机的金属部件的方法，所述金属部件包括多个待镀覆的金属部分，所述方法使用喷嘴发射将熔化喷涂粉末的激光束或电子束从而镀覆所述待镀覆的金属部分，其特征在于所述方法包括下列不同的步骤：
-将包括多个待镀覆的金属部分的金属部件放在转盘上就位；
-将罩子放在转盘上就位，所有所述金属部件放置在所述罩子的下方；
-插入喷嘴到存在于罩子中的开口内；
-在罩子下方注入惰性气体；
-通过执行金属粉末喷涂操作，用以镀覆所述第一金属部分的激光束发射操作，和喷嘴相对于所述第一金属部分跟随预定镀覆轨迹的相对位移操作，镀覆金属部件的多个金属部分的第一金属部分。
除了在上一段落中提到的主要特征，根据本发明的方法可能在下列单独考虑过的或以任何技术上的可能组合中，具有一个或几个附加特征：
-在由加入惰性气体构成的步骤之前，该方法包括由以密封的方式固定罩子到转盘上构成的附加步骤。
-该方法包括由装配可伸缩的托盘构成的附加步骤，该托盘存在一个孔口，在该孔口内部插入喷嘴到存在于罩子中的开口内。
-在第一金属部分的镀覆步骤之后，该方法包括下列不同的附加步骤：
-相对于在罩子中的开口旋转转盘，直到在多个待镀覆的金属部分中，第二金属部分面向喷嘴；
-镀覆金属部件的第二金属部分。
-该方法包括一个由执行待镀覆的金属部分的感知操作构成的附加步骤，在将包括多个待镀覆的金属部分的金属部件已经放在转盘上就位之后，用以确定喷嘴的镀覆轨迹。
本发明还涉及一种工具，其能够实施根据本发明的方法来镀覆飞机涡轮喷气发动机的金属部件的金属部分，所述覆层通过使用由喷嘴熔化粉末产生的激光来镀覆所述金属部分，其特征在于该工具包括：
-在其上放置金属部件的转盘；
-放置在转盘上的罩子，其覆盖放置在转盘上的整个金属部件，所述罩子具有一个开口，在其内部插入喷嘴用于镀覆操作。
除了在上一段落中提到的主要特征，根据本发明的工具可能具有一个或几个下列补充特征，可考虑其单独地或以任何技术上的可能组合：
-该工具具有放置在罩子的开口中的可伸缩的托盘，该托盘带有一个在其内部插入喷嘴的孔口。
-该可伸缩的托盘为二维可伸缩的托盘。
-放置在可伸缩的托盘的孔口中的喷嘴与所述孔口具有一个间隙，存在于在罩子和转盘之间的空间中的惰性气体通过间隙可以在镀覆期间泄漏。
-该工具包括在可伸缩的托盘中的孔口处的软管；
-该工具在转盘与罩子之间具有密封装置；
-该工具在转盘和罩子之间具有可拆卸的连接装置。
-该罩子或该转盘具有注入惰性气体的装置。
-来自用以注入惰性气体的装置的流量为5-50升/分钟。
在阅读下列描述和研究附图之后，将更好地理解本发明和它的不同应用。
附图的简要说明
附图仅用于指导而不是对本发明的限制。
附图：
-图1为已经描述过的根据现有技术用以镀覆叶片的方法的图解示意图；
-图2示出了可以用以建立根据本发明的方法的示例工具的图解示意图；
-图3示出了在图2中的工具的部件的图解示意图。
本发明的至少一个实施例的详细描述
除非另有说明，在不同附图中出现的任何元件将具有相同的标号。
图2示出了根据本发明的一个示例工具200。
在此种情况下，工具200包括：
-待镀覆的单片叶轮(叶盘)所在的金属部件202所在的转盘201，优选地通过固定它来定位。部件202具有多个待镀覆的金属部分。仅在所示的示例中描述第一金属部分203和第二金属部分204；在实践中，整体叶盘将典型地包括二十八片叶片，其中的每一个形成一个将潜在地必须得镀覆的金属部分，
-罩子205，其将放置在转盘201上，以致金属部件202居于除了在罩子205中形成的开口206外在所述罩子205下方封闭的气密空间内。
罩子205优选地包括注入或补充惰性气体的装置212，其能够用惰性气体填充在罩子205下方的体积，以防止金属部件202在镀覆操作期间氧化。
罩子205优选地固定到转盘201上。该固定装置最好是可拆卸的。可拆卸的连接装置指的是至少部分地和非常简单地在几秒钟内可以收回、释放的连接装置。从而将罩子优选地在转盘上置中，并且通过使用，例如，快速紧固件或螺栓-螺母的夹紧系统保持就位。
在一个优选的实施例中，提供了互补的密封系统，例如，在转盘201和罩子205之间的此种O形密封圈或可压缩的密封件。
在一个优选的实施例中，开口206装配有可伸缩的托盘类型的装置207，其还可见于图3中的透视图。可伸缩的托盘207优选地封闭了开口206，除了小于开口206的孔口208之外。
在所示示例中的可伸缩的托盘207是二维类型的；它从而包括第一组滑块209和第二组滑块210，孔口208可以通过第一组滑块209沿着对应于x轴的第一方向移动，孔口208可以通过第二组滑块210沿着对应于y轴的第二方向移动。从而，孔口208可以在由可伸缩的托盘207所限定的几乎整个表面之上移动—孔口208的位移区被所使用的滑块的宽度限制在可伸缩的托盘207的边缘。
在本发明中，喷嘴211被放置在开口206处，特别地，当安装可伸缩的托盘207时，喷嘴211被放置在孔口208处。喷嘴211的头部能够发射激光束或电子束。当喷嘴211的头部放置于孔口208处时，它被放置在最佳投射距离214处，并且引起第一组滑板209和第二组滑板210沿x和y方向的运动；喷嘴头部211从而能够在由可伸缩的托盘207所限定的几乎整个区域之上移动。
在根据本发明的方法中，第一金属部分203面向开口206放置，而且在所示的示例中，面向孔口208放置。因为可伸缩的托盘207的存在，喷嘴211给定的运动自由度使得它可能镀覆整个第一金属部分203，不必移动所述第一金属部分203；它被保持固定到转盘201上。喷嘴211从而可以跟随对应于预定镀覆轨迹而位移。
在另一个实施例中，该待镀覆的金属部件按计划还可能是可移动的。相对于待镀覆的金属部件的喷嘴位移从而是相对位移；要么喷嘴自身是可自由移动；要么该待镀覆的金属部件也是可自由移动，以便完成镀覆操作。
一旦已经镀覆第一金属部分203，镀覆第二金属部分204。这是通过从罩子205上分开转盘201完成的，例如通过松开罩子205到转盘201上的紧固装置。然后如此相对于罩子205旋转转盘201，以致把第二金属部分204移动到面向孔口208。当第二部分204处于待镀覆的位置，转盘201被再次固定到罩子205上。
当转盘201和罩子205分开时，一些惰性气体将可能泄漏。但即使实际上发生这样的损失，它是不严重的，而且通过启动气体入口装置212，在罩子205内部的空间再次快速地用惰性气体饱和。
在一些实施例中，当喷嘴头部放置于孔口208处，在喷嘴头部211处存在漏洞213。因为需要在喷嘴头部211和孔口208之间留有一些间隙，如此这些漏洞213，特别地，以致喷嘴可以旋转，例如围绕垂直于由可伸缩的托盘207所限定的平面的z轴。在此种情况下，间隙是典型地在1至10毫米之间。
从而，优选地，来自惰性气体入口装置212的流速，例如相对于空气具有高密度的氩气在5至25升/分钟之间，以便补偿因为漏洞213的惰性气体损失以及来确保在罩子205内部体积存在过压。
在一个特定示例实施例中，孔口208装配有软管用以减少漏洞213，而允许令喷嘴211满意地自由运动，用以使喷嘴旋转。
根据本发明的工具200还可以用于执行一种操作，以确定喷嘴211以简化的方式对于每个待镀覆的金属部分应该跟随的镀覆轨迹，因为此操作可以在与镀覆操作相同的定位条件下进行。从而，当金属部件202放置在转盘201上，每个金属部分被适当的称为探头的传感器触摸到，用以确定在待镀覆的金属部分中的缺陷。对于每个所考虑的金属部分，喷嘴211所跟随的镀覆轨迹从而是确定的。

Claims (11)

1.用于镀覆飞机涡轮喷气发动机的金属部件(202)的方法，所述金属部件(202)包括多个待镀覆的金属部分，所述方法使用喷嘴发射激光束或电子束将喷涂粉末熔化从而镀覆所述待镀覆的金属部分，其特征在于，所述方法包括下列不同的步骤：
-将包括多个待镀覆的金属部分的金属部件(202)放在转盘(201)上就位；
-将罩子(205)放在转盘(201)上就位，所有所述金属部件(202)放置在所述罩子(205)的下方；
-以密封的方式固定罩子(205)到转盘(201)上；
-插入喷嘴(211)到罩子(205)的开口(206)内；
-在罩子(205)下方注入惰性气体；
-通过执行金属粉末喷涂操作、用以镀覆第一金属部分(203)的激光束发射操作和喷嘴(211)相对于所述第一金属部分(203)跟随预定镀覆轨迹的相对位移操作，镀覆金属部件(202)的多个金属部分的所述第一金属部分(203)；
其中，
-相对于在罩子(205)中的开口(206)旋转转盘(201)，直到在多个待镀覆的金属部分中，第二金属部分(204)面向喷嘴(211)；
-镀覆金属部件(202)的第二金属部分(204)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括由装配可伸缩的托盘(207)构成的附加步骤，可伸缩的托盘(207)中存在一个孔口(208)，在该孔口内部喷嘴(211)被插入到罩子的开口(206)内。
3.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，在包括多个待镀覆的金属部分的金属部件(202)已经放在转盘(201)上就位之后，所述方法包括由执行待镀覆的金属部分的感知操作构成的附加步骤，用以确定喷嘴(211)的镀覆轨迹。
4.能够实施根据前述任一项权利要求所述的方法的工具(200)，所述工具用来镀覆用于飞机涡轮喷气发动机的金属部件(202)的金属部分，所述镀覆通过使用由喷嘴(211)产生的激光熔化粉末来镀覆所述金属部分，其特征在于，该工具(200)包括：
-在其上放置金属部件(202)的转盘(201)；
-放置在转盘(201)上的罩子(205)，其覆盖放置在转盘(201)上的整个金属部件(202)，所述罩子(205)具有一个开口(206)，在开口(206)内插入喷嘴(211)用于镀覆操作；
-在转盘(201)和罩子(205)之间具有可拆卸的连接装置，以确保转盘(201)和罩子(205)之间的固定和密封。
5.根据权利要求4所述的工具(200)，其特征在于，它包括安装在罩子(205)中的开口(206)处的可伸缩的托盘(207)，可伸缩的托盘(207)带有一个在其中插入喷嘴(211)的孔口(208)。
6.根据权利要求5所述的工具(200)，其特征在于，可伸缩的托盘为二维可伸缩的托盘。
7.根据权利要求5或6所述的工具(200)，其特征在于，放置在可伸缩的托盘(207)的孔口(208)中的喷嘴(211)与所述孔口(208)之间具有一个间隙，存在于罩子(205)和转盘(201)之间的空间中的惰性气体通过该间隙可以在镀覆期间泄漏。
8.根据权利要求5或6所述的工具(200)，其特征在于，所述工具包括在可伸缩的托盘(207)中的孔口(208)处的软管。
9.根据权利要求4到6中任一项所述的工具(200)，其特征在于，所述工具在转盘(201)与罩子(205)之间具有密封装置。
10.根据权利要求4到6中任一项所述的工具(200)，其特征在于，罩子(205)或转盘(201)具有注入惰性气体的装置(212)。
11.根据权利要求10所述的工具(200)，其特征在于，来自用以注入惰性气体装置(212)的流量为5-50升/分钟。
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