DE102016222872A1 - Pre-heating of a workpiece during pre-coating by a laser - Google Patents
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- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
Abstract
Durch eine Vorheizung mittels eines Lasers kann beim Beschichten mit keramischem Material die Vorheizung schneller durchgeführt werden.By pre-heating by means of a laser preheating can be performed faster when coating with ceramic material.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vorheizen eines Werkstückes vor dem Beschichten durch einen Laser.The invention relates to an apparatus and a method for preheating a workpiece prior to coating by a laser.
Turbinenschaufeln erhalten aufwändige mehrlagige Beschichtungssysteme wie Korrosionsschutzschichten, Haftvermittlerschichten, Wärmedämmschichten (WDS). Die WDS weist zumeist Keramiken auf, die über atmosphärisches Plasmaspritzen porös aufgetragen werden. Um höhere Heißgastemperaturen zu realisieren werden sogenannte „Segmented TBCs“ eingesetzt, die sich durch vertikale Risse in der TBC auszeichnen. Diese Risse dienen als Dehnungsfugen, damit die Schichten bei großen Temperaturen nicht durch thermische Belastung abplatzen.Turbine blades receive complex multi-layer coating systems such as corrosion protection layers, adhesion promoter layers, thermal barrier coatings (WDS). The WDS usually has ceramics, which are applied porous by atmospheric plasma spraying. To achieve higher hot gas temperatures so-called "segmented TBCs" are used, which are characterized by vertical cracks in the TBC. These cracks serve as expansion joints so that the layers do not chip off at high temperatures due to thermal stress.
Um die „Segmented TBC“ zu spritzen muss die Schaufel vorgeheizt werden. Durch die Vorheizung verbessert sich die Anhaftung der aufgespritzten Pulverpartikel. Beim Abkühlen des aufgespritzten Pulverpartikels entstehen Schrumpfspannungen, die zu den vertikalen Rissen führen.In order to inject the "Segmented TBC", the blade must be preheated. The preheating improves the adhesion of the sprayed powder particles. As the sprayed powder particle cools, shrinkage stresses result, leading to the vertical cracks.
Bisher wird zum Spritzen der „Segmented TBC“ die Vorheizung des Substrats durch den Brenner selber durchgeführt. Der Brenner wird hierfür ohne Pulverzufuhr betrieben. Der Brenner wird in einer Pendelbewegung über eine kleine Fläche des Werkstücks geführt, bis eine gewisse Temperatur erreicht ist. Danach wird die Pulverzufuhr eingeschaltet und der vorgeheizte Abschnitt des Werkstücks beschichtet. Sukzessiv werden weitere Teile des Werkstücks beschichtet.So far, the pre-heating of the substrate is performed by the burner itself for spraying the "Segmented TBC". The burner is operated without powder feed. The torch is guided in a pendulum motion over a small area of the workpiece until a certain temperature is reached. Thereafter, the powder feed is turned on and the preheated portion of the workpiece is coated. Successively, further parts of the workpiece are coated.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem zu lösen.It is therefore an object of the invention to solve the above-mentioned problem.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 2.The object is achieved by a device according to claim 1 and a method according to claim 2.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.In the dependent claims further advantageous measures are listed, which can be combined with each other in order to achieve further advantages.
Es zeigt die Figur schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.The figure shows schematically a device according to the invention.
Die Vorheizung des Werkstücks durch eine zeitaufwändige Pendelbewegung des Brenners wird durch zumindest einen Laser durchgeführt. Hierfür wird dem Brenner ein Laserstrahl vorgeschaltet, dessen Leistung vorzugsweise über ein Pyrometer gesteuert wird.The preheating of the workpiece by a time-consuming pendulum movement of the burner is performed by at least one laser. For this purpose, the burner is preceded by a laser beam whose power is preferably controlled by a pyrometer.
Durch die Verwendung des Laserstrahls, dessen Leistung vorzugsweise über ein Pyrometer gesteuert wird, ergeben sich folgende Vorteile bei der Herstellung von „Segmented TBCs“:
- - Die Temperatur des Werkstücks wird korrekt eingestellt.
- - Die Robustheit des Spritzprozesses wird durch eine homogene Vorheiztemperatur verbessert.
- - Die Vorschubgeschwindigkeit des Brenners kann variiert werden. Die Vorheiztemperatur ist immer konstant, da die Leistung des Lasers über das Pyrometer geregelt wird.
- - Die Prozesszeit wird verbessert und es werden Kosten gespart, da eine separate Vorheizzeit entfällt.
- - The temperature of the workpiece is adjusted correctly.
- The robustness of the injection process is improved by a homogeneous preheating temperature.
- - The feed speed of the burner can be varied. The preheat temperature is always constant as the power of the laser is controlled by the pyrometer.
- - The process time is improved and costs are saved, since a separate pre-heating time is eliminated.
Die Figur zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1.The figure shows schematically a device 1 according to the invention.
Die Vorrichtung
Die Beschichtung erfolgt auf einer Oberfläche
Im Falle von Turbinenteilen, insbesondere Gasturbinenteilen, werden nickelbasierte oder kobaltbasierte Werkstücke
Dies erfolgt insbesondere durch die Verwendung eines pulverförmigen Beschichtungsmaterials
Verfahren zur keramischen Beschichtung stellen APS, LPS oder HVOF dar. Diese Aufzählung stellt keine Einschränkung dar.Processes for ceramic coating are APS, LPS or HVOF. This list is not limiting.
Vorzugsweise wird Zirkonoxid und/oder Pyrochlor, einlagig oder zweilagig, verspritzt.Preferably, zirconium oxide and / or pyrochlore, single-layered or double-layered, is sprayed.
Wie oben erläutert ist es, zur Aufstellung von segmentierten keramischen Wärmedämmschichten notwendig eine Vorheizung einzuhalten, damit sich ein Temperaturgradient ergibt. Dies erfolgt dadurch, dass in der Vorrichtung
Das Vorheizen erfolgt vorzugsweise in einer ersten Teilfläche
Dies wird für die gesamte Fläche, die es zu beschichten gilt, gemacht, wobei die gesamte Fläche in Teilflächen aufgeteilt ist.This is done for the entire surface to be coated, with the entire surface divided into faces.
Claims (4)
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