DE19648807A1 - Verfahren zum Entfernen einer schützenden Beschichtung und Leitfläche - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen einer schützenden Beschichtung von der Oberfläche einer Leitfläche (airfoil) sowie eine Leitfläche.

Alle einer Überholung bzw. einer Instandsetzung bedürfenden Turbinenleitflächen (bzw. -schaufeln, -flügel) verlangen das Entfernen jeglicher Schutzschicht bzw. schützenden Be­ schichtung bzw. deren Abziehen ("stripping") so daß eine vollständige Inspektion nach Rissen durchgeführt werden kann. Typischerweise werden solche Beschichtungen unter Be­ nutzung von Chemikalien wie heißen Säurelösungen abgezogen. Es gibt allerdings gewisse Bereiche der Leitfläche (bzw. Schaufel), die während des chemischen Abzieh-Betriebs mas­ kiert werden müssen, so daß die während des chemischen Ab­ ziehbetriebs benutzten Chemikalien nicht diese Bereiche kontaktieren und die Leitfläche beschädigen. Diese Bereiche besitzen ein kritisches Markierungs-Erfordernis dahinge­ hend, daß dann, wenn das auf diese Bereiche aufgebrachte Abdeckungs- bzw. Maskierungsmaterial durchlässig wird bzw. ein Leck bildet (leak), die Leitfläche zu Ausschuß bzw. zu Schrott wird.

In der Vergangenheit wurden Wachse, Lacke oder andere orga­ nische Beschichtungen auf diese kritischen Bereiche aufge­ bracht und als Maskierungsmaterial benutzt. Allerdings wie­ sen diese Arten von Markierungsmaterial den Nachteil auf, daß sie mangelhafte Haftungseigenschaften besitzen, wenn sie den chemischen Stoffen ausgesetzt waren, die zum Abzie­ hen der schützenden Beschichtungen von der Leitfläche be­ nutzt wurden. Als Ergebnis haben sich die Kanten dieser Maskierungsmaterialien angehoben und zum Lecken geführt.

Um dem Leckproblem zu begegnen, wurden die Abdeckungs- bzw. Maskierungsmaterialien auf Flächen weit über die kritischen Bereiche hinaus aufgebracht. Eine derart extensive Übermaskierung ist jedoch unerwünscht, da die maskierte Be­ schichtung über die kritischen Bereiche hinaus mechanisch entfernt werden muß - ein zeitaufwendiger und fehleranfäl­ liger Prozeß.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Pro­ zeß zum Entfernen einer schützenden Beschichtung von der Oberfläche einer Leitfläche zu schaffen, der ein Maskie­ rungsmaterial mit exzellenten Haft- bzw. Klebeeigenschaften benutzt, welches im wesentlichen das Problem chemischen Leckens vermeidet. Ferner soll ein solcher Prozeß geschaf­ fen werden, der ein Maskierungsmaterial mit einer solchen ausreichenden Viskosität benutzt, daß das Material bis zu seiner Härtung dort bleibt, wo es aufgebracht wurde. Es sollen die mit dem Entfernen der Beschichtung verbundenen Kosten und Zeit verringert werden, und eine Übermaskierung (overmasking) soll unnötig werden.

Die Aufgabe wird durch den Prozeß mit den Merkmalen des Pa­ tentanspruches 1 sowie durch die Leitfläche mit den Merkma­ len des Patentanspruches 12 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen beschrieben.

Erfindungsgemäß weist der Prozeß zum Entfernen einer schüt­ zenden Beschichtung von Oberflächen einer Leitfläche allge­ mein die Schritte des Vorsehens einer (Luft-) Leitfläche mit einer zu entfernenden, schützenden Beschichtung sowie mit schutzbedürftigen Flächen auf, und des Aufbringens eines Maskierungsmaterials auf die schutzbedürftigen Flä­ chen. Der Schritt des Aufbringens der Maskierung umfaßt das Aufbringen eines ultraviolett-(UV-)-härtbaren Maskierungs­ materials auf die Flächen, welche Schutz benötigen. Nachdem das UV-härtbare Maskierungsmaterial aufgebracht worden ist, wird das Material gehärtet, durch Aussetzen des Maskie­ rungsmaterials einer UV-Strahlung für eine Zeitdauer, die zum Bewirken der Härtung ausreichend ist, typischerweise etwa 60 Sekunden. Nachdem das Maskierungsmaterial ausgehär­ tet ist, wird die schützende Beschichtung von nicht-mas­ kierten Bereichen der Leitfläche unter Benutzung einer che­ mischen Abstreiftechnik (stripping technique) entfernt.

Bevorzugt wird das UV-härtbare Maskierungsmaterial, welches in dem erfindungsgemäßen Prozeß verwendet wird, auf Berei­ che der Leitfläche aufgebracht, welche Luft-Kühlöffnungen für Turbinenschaufeln, einen Hinterkantenschlitz, Endlöcher (tip holes), den Plattformabschnitt (platform portion) und/oder den Verankerungsbereich (root portion) umfassen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.

Fig. 1 ist eine Perspektivansicht einer Turbinen­ schaufel-Leitfläche;

Fig. 2 ist eine Rückansicht eines Bereichs der Turbinenschaufel-Leitfläche von Fig. 1 zum Darstellen eines hinteren Kantenschlitzes; und

Fig. 3 ist eine Perspektivansicht der Turbinen­ schaufel-Leitfläche von Fig. 1 mit Flächen, die durch ein Maskierungsmaterial maskiert sind.

Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, weist eine typische Turbi­ nenschaufel-Leitfläche 10 eine Vorderkante 11 und eine Hinterkante 13 auf, sowie eine Anzahl von kritischen Bereichen, welche zumindest einen Satz von Luft-Kühlöffnungen 12 entlang zumindest einer Oberfläche, zumindest einen Schlitz 14 in der Hinterkante 13, Löcher 15 in einem Endbereich 17 (tip portion) der Leitfläche 10, einen Plattformabschnitt (platform portion) 16 sowie einen Verankerungsabschnitt 18 aufweisen, wobei alle diese während eines chemischen Abstreifvorganges, der zum Entfernen einer Schutzschicht 20 von den übrigen Abschnitten der Leitfläche 10 benutzt wird, maskiert werden müssen. Zum Schützen dieser kritischen Bereiche der Leitfläche 10 ist es wünschenswert, diese mit einer Auftragsschicht oder einem Maskierungsmaterial 22, wie in Fig. 3 gezeigt, zu bedecken.

Es hat sich für den Erfinder herausgestellt, daß das Mas­ kierungsmaterial 22, welches auf die Leitfläche zum Schüt­ zen der obigen, kritischen Bereiche aufgebracht wird, ge­ wisse Eigenschaften zeigen muß. Beispielsweise muß das Mas­ kierungsmaterial 22 hinreichende Haft- bzw. Klebeeigen­ schaften aufweisen, so daß Kanten des Materials sich nicht abheben und während des chemischen Abstreifprozesses (stripping) zu einem Lecken (leak) führen. Ferner muß das Maskierungsmaterial 22 eine Viskosität dergestalt aufwei­ sen, daß es bis zum Härten an der Stelle bleibt, wo es auf­ gebracht wurde, ohne Nachgeben oder Fließen. Weiterhin muß das Maskierungsmaterial 22 so gewählt sein, daß nur eine Minimalmenge von Maskierungsmaterial über die kritischen Bereiche, die zu schützen sind, hinaus aufgebracht werden muß.

Erfindungsgemäß hat sich herausgestellt, daß ein besonders nützliches Maskierungsmaterial ein UV-härtbares Material ist. Auch hat sich herausgestellt, daß dieser Materialtyp dahingehend vorteilhaft ist, daß er die gewünschten Eigen­ schaften im Hinblick auf Haftung und Viskosität besitzt. Auch hat sich herausgestellt, daß vorteilhaft der Zeitauf­ wand zum Härten dieses Materialtyps deutlich geringer ist, als die zum Härten anderer Maskierungsmaterialien benötigte Zeit. Beispielsweise benötigten gewisse Maskierungsmate­ rialien, die früher bei Entfernungsprozessen benötigt wur­ den, zum Härten etwa vier Stunden. Auch benötigten diese im allgemeinen das Aufbringen von zumindest zwei Beschichtun­ gen. Das UV-härtbare Maskierungsmaterial, welches im erfin­ dungsgemäßen Prozeß verwendet wird, benötigt etwa 60 Sekun­ den zum Härten und das Aufbringen einer einzelnen Schicht.

Ein UV-härtbares Material, welches als Maskierungsmaterial im erfindungsgemäßen Prozeß verwendet werden kann, ist ein Acryl-Kleber, welcher durch eine aktinische Strahlung, wie eine ultraviolett-Strahlung, aktiviert werden kann. Ein Beispiel eines solchen Materials ist unter dem Handelsnamen DYMAX 29605 erhältlich. Dieses Material ist ein reaktiver Acryl-Kleber, welcher durch aktinische Strahlung aktiviert wird, und welcher, zusätzlich zu einem Photoinitiator, zu­ mindest etwa 1,0 Gew.-% einer Perester-Verbindung oder Cumol-Hydroperoxid (Cumol-Wasserstoffperoxid), und 0,5 Gew.-% einer tautomeren organischen Säure enthält. Er ist beschrieben im US-Patent 5,039,715 (Bachmann et al.) auf welches Bezug genommen wird, und welches in die vorliegende Anmeldung einbezogen sein soll.

Erfindungsgemäß wird das UV-härtbare Material auf die kri­ tischen Bereiche der Schaufel der Turbinenschaufel-Leitflä­ che aufgebracht, welche die Luft-Kühlöffnungen 12, den/die Hinterkanten-Schlitz(e) 14, die Endlöcher 15, den Platt­ formabschnitt 16 und den Wurzelabschnitt 18 aufweisen. Be­ vorzugt wird das UV-härtbare Maskierungsmaterial 22 durch Injizieren des Maskierungsmaterials in flüssiger Form durch eine kleine Nadel, vergleichbar einer Spritze, aufgebracht, so daß es über die Luft-Kühlöffnungen 12, den/die Hinter­ kantenschlitz(e) 14, die Endlöcher 15, den Plattformab­ schnitt 16 und den Verankerungs- bzw. Wurzelabschnitt 18 fließt, sowie auf diesen benachbarte Bereiche.

In den meisten Fällen ist nur eine Schicht von Maskierungs­ material zum Schützen der kritischen Flächen notwendig. Na­ türlich ist es möglich, daß in einigen Fällen zwei oder mehr Schichten des UV-härtbaren Maskierungsmaterials 22 wünschenswert sein können. Während es zudem bevorzugt ist, das Maskierungsmaterial unter Benutzung einer Spritzen-ähn­ lichen Nadel aufzubringen, ist es möglich, daß andere Auf­ bringtechniken, einschließlich des Aufstreichens (painting) benutzt werden könnten, falls gewünscht.

Nachdem das UV-härtbare Maskierungsmaterial auf die kriti­ schen Bereiche der Leitfläche 10 aufgebracht ist, wird die Leitfläche einer ultra-violetten Strahlung für eine Zeit­ dauer ausgesetzt, die ausreichend ist, um das Maskierungs­ material auszuhärten. Es hat sich herausgestellt, daß das Plazieren der Leitfläche 10 mit dem Maskierungsmaterial 22 unter eine ultra-violette Lampe für einen Zeitraum von etwa 60 Sekunden ausreichend ist, um das Maskierungsmaterial auszuhärten.

Nachdem das UV-härtbare Maskierungsmaterial ausgehärtet ist, werden die unmaskierten Abschnitte der Turbinenschau­ fel-Leitfläche 10 einem chemischen Abstreifprozeß (chemical stripping operation) ausgesetzt, zum Entfernen der Schutz­ schicht. Jeder geeignete chemische Abstreifprozeß, der aus dem Stand der Technik bekannt ist, kann zum Entfernen der schützenden Beschichtung benutzt werden. Typischerweise ist der chemische Abstreifprozeß ein Säure-Abstreif-Prozeß un­ ter Benutzung von heißen, sauren Materialien, wie solche, die von United Technologies Corporation als SPOP 301 oder SPOP 308 bezeichnet werden.

Danach werden die während des Abstreifvorgangs benutzten Chemikalien durch Abspülen entfernt, und das UV-härtbare Maskierungsmaterial 22 wird durch Abbrennen in einem ord­ nungsgemäß belüfteten Ofen, bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von etwa 480°C (900°F) bis etwa 700°C (1300°F), entfernt. Sobald das Maskierungsmaterial entfernt worden ist, wird die Beschichtung auf den Leitflächen, die vorher unterhalb des Maskierungsmaterials 22 lagen, mechanisch durch Schleifen (blending) mit feinem Sandpapier oder Scheiben auf Luft oder elektrischen Schleifmaschinen ent­ fernt. Sobald die schützende Beschichtung vollständig von den Oberflächen der Leitfläche 10 entfernt worden ist, kann die Leitfläche auf Risse inspiziert werden, dann repariert, wieder beschichtet und wieder installiert werden.

Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, ist die Benut­ zung eines UV-härtbaren Materials als Maskierungsmaterial ziemlich vorteilhaft. Das UV-härtbare Material weist exzel­ lente Hafteigenschaften auf, wodurch ermöglicht wird, daß die Kanten des Maskierungsmaterials auf den Oberflächen der Leitflächen ohne Lecken haften. Zusätzlich muß nur eine mi­ nimale Menge von UV-härtbarem Material auf die zu schützen­ den Flächen der Leitflächen aufgebracht werden. Dies ist besonders vorteilhaft, denn dadurch wird wesentlich das Problem einer Übermaskierung überwunden, und es wird signi­ fikant die benötigte Zeit zum Entfernen des Maskierungsma­ terials vermindert. Ferner härtet das UV-härtbare Material schneller als andere Arten von Maskierungsmaterial. Daher wird eine beträchtliche Zeitersparnis durch Benutzen eines UV-Maskierungsmaterials bei dem erfindungsgemäßen Prozeß realisiert.

Während der erfindungsgemäße Prozeß im Kontext des Entfer­ nens einer schützenden Beschichtung von einer Leitfläche einer Turbinenschaufel beschrieben wurde, ist zu berück­ sichtigen, daß das Verfahren zum Entfernen einer schützen­ den Beschichtung von jeder Art von Leitfläche (airfoil) be­ nutzt werden kann.

Claims (17)

1. Verfahren zum Entfernen einer schützenden Beschich­ tung von Oberflächen einer Leitfläche, mit den Schritten: Vorsehen einer Leitfläche mit einer zu entfernenden, schützenden Beschichtung sowie mit kritischen Bereichen, welche Schutz während eines Beschichtungs-Entfernungsschrittes benötigen, und Maskieren der kritischen Flächen durch Aufbringen eines ultra-violett-härtbaren Maskierungsmaterials auf die kritischen Bereiche der Leitfläche.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfläche Luft-Kühlungsöffnungen aufweist, und daß der Schritt des Aufbringens das Aufbringen des ultra-violett-härtbaren Maskierungsmaterials über die Luft-Kühlungsöffnungen sowie auf Bereiche der Leitfläche benachbart der Luft-Kühlungsöffnungen auf­ weist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Leitfläche einen Hinterkantenschlitz aufweist, und daß der Schritt des Aufbringens das Aufbringen des ultra-violett­ härtbaren Maskierungsmaterials über den Hinterkantenschlitz sowie auf Bereiche der Leitfläche benachbart des Hinterkantenschlitzes aufweist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfläche einen Plattformab­ schnitt aufweist, und der Schritt des Aufbringens das Aufbringen des ultra-violett-härtbaren Maskierungsma­ terials über dem Plattformabschnitt sowie auf Berei­ che der Leitfläche benachbart des Plattformabschnitts aufweist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfläche einen Verankerungsabschnitt aufweist, und der Schritt des Aufbringens das Aufbringen des ultra-violett­ härtbaren Maskierungsmaterials über dem Verankerungsabschnitt sowie auf Bereiche der Leit­ fläche benachbart des Verankerungsabschnitts aufweist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfläche einen Endabschnitt sowie eine Mehrzahl von Löchern in dem Endabschnitt aufweist, und daß der Schritt des Aufbringens das Aufbringen des ultra-violett-härtbaren Maskierungsma­ terials über den Endlöchern sowie auf Bereiche der Leitfläche benachbart der Endlöcher aufweist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Aufbringens das Aufbringen des ultra-violett-härtbaren Maskierungs­ materials in flüssiger Form auf die kritischen Berei­ che der Leitfläche aufweist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Aufbringens das Aufbringen eines reaktiven, acrylhaltigen Klebema­ terials, welches durch ultra-violette Strahlung ak­ tiviert ist, aufweist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekenn­ zeichnet die Schritte: Härten des UV-härtbaren Mas­ kierungsmaterials und Ablösen der schützenden Be­ schichtung von unmaskierten Bereichen der Leitfläche.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Härtens das Aussetzen des UV-härtbaren Materials einer ultra-violetten Strahlung für eine zum Härten des Maskierungsmaterials ausrei­ chende Zeit aufweist, und daß der Vorgang des Ablö­ sens das Ablösen der schützenden Beschichtung von den unmaskierten Bereichen der Leitfläche durch Säure-Ablösen aufweist.

11. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch: Spülen der Leitfläche nach dem Vorgang des Ablösens, Entfernen des gehärteten Maskierungsmaterials und mechanisches Entfernen der schützenden Beschichtung, die vorher unterhalb des Maskierungsmaterials lag.

12. Leitfläche, die auf ihren Oberflächen eine schützende Beschichtung aufweist, die durch Kontakt mit einer chemischen Lösung zu entfernen ist, und die über ausgewählten Bereichen der Oberflächen ein ultra­ violett härtbares Maskierungsmaterial aufweist, wobei das ultra-violett härtbare Maskierungsmaterial haftend mit der Leitfläche an den ausgewählten Berei­ chen so verbunden ist, daß die chemische Lösung nicht zwischen das Maskierungsmaterial und die mit dem Mas­ kierungsmaterial bedeckten, ausgewählten Bereiche hindurchleckt.

13. Leitfläche nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfläche Luft-Kühlöffnungen aufweist und das Maskierungsmaterial die Luft-Kühlöffnungen sowie Bereiche der Leitfläche benachbart der Luft-Kühlöff­ nungen bedeckt.

14. Leitfläche nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Leitfläche mindestens einen Hinter­ kantenschlitz aufweist und das Maskierungsmaterial den zumindest einen Hinterkantenschlitz sowie Berei­ che der Leitfläche benachbart des zumindest einen Hinterkantenschlitzes bedeckt.

15. Leitfläche nach einem der Ansprüche 12 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß die Leitfläche einen Platt­ formabschnitt aufweist und das Maskierungsmaterial den Plattformabschnitt sowie Bereiche der Leitfläche benachbart dem Plattformabschnitt bedeckt.

16. Leitfläche nach einem der Ansprüche 12 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß die Leitflächen einen Ver­ ankerungsabschnitt aufweist und das Maskierungsmate­ rial den Verankerungsabschnitt sowie Bereiche der Leitfläche benachbart dem Verankerungsabschnitt be­ deckt.

17. Leitfläche nach einem der Ansprüche 12 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß die Leitfläche eine Mehr­ zahl von Löchern benachbart einem Endbereich aufweist und das Maskierungsmaterial Löcher sowie Bereiche der Leitfläche benachbart der Löcher bedeckt.