DE60217590T2

DE60217590T2 - Verfahren zum Reparieren eines gelöcherten Gasturbinenbauteils

Info

Publication number: DE60217590T2
Application number: DE60217590T
Authority: DE
Inventors: Howard S. Jr. Tulsa Ducotey; Robert J. Middletown Zuber; Peter J. Simsbury Draghi
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 2001-08-23
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2022-06-22
Also published as: US20030037436A1; JP2003155935A; DE60217590T3; EP1286020B2; US7204019B2; DE60217590D1; EP1286020A2; EP1286020B1; SG104974A1; EP1286020A3

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren zum Reparieren von Defekten in einem Gegenstand gerichtet, wobei der Gegenstand ein Substrat und eine existierende Beschichtung an der Oberfläche des Substrats aufweist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Über die Jahre haben die Gasturbinenmaschinenhersteller die Temperatur und den Druck erhöht, bei denen Gasturbinenmaschinen arbeiten, um die Anforderungen nach stärkeren und effizienteren Maschinen zu erfüllen. Die erhöhten Temperatur- und Druckniveaus haben bestimmten Maschinenbauteilen, insbesondere Turbinenleitschaufel und -laufschaufeln unmittelbar strömungsabwärts einer Brennkammereinrichtung, harsche Betriebsbedingungen auferlegt. Bei modernen Maschinen können Turbinenleitschaufeln und -laufschaufeln Temperaturen ausgesetzt sein, die über dem Schmelzpunkt der Legierung liegen, aus der sie hergestellt sind.
Obwohl Hersteller Gasturbinenmaschinen konstruiert haben, die unter sehr fordernden Bedingungen arbeiten, haben sie sich bemüht, die Zuverlässigkeit der Gasturbinenmaschinen zu verbessern und die Wartungsintervalle zu verlängern, um die Wirtschaftlichkeit der arbeitenden Gasturbinenmaschinen zu verbessern. Hersteller haben beide Ziele durch das Aufbringen von Schutzbeschichtungen auf bestimmten Teilen, insbesondere Turbinenlaufschaufeln und -leitschaufeln, adressiert. Anfangs waren die Beschichtungen auf das Bereitstellen eines Oxidations- und Korrosionsschutzes fokussiert. Beispiele dafür beinhalten Überzugs- und Diffusions-Aluminidbeschichtungen, MCrAlY-Beschichtungen, wobei M sein kann: Ni, Co, Fe oder Ni/Co und andere Metallbeschichtungen. Die auf die Anmelderin übertragenen US-Patente 4,585,481 und Re 32,121, die beide Gupta et al. erteilt wurden, beschreiben derartige Beschichtungen. In jüngerer Zeit wurden mehrlagige Wärmebarrierenbeschichtungen (TBC – thermal barrier coatings) verwendet, die eine oxidations- und korrosions-beständige Metall-Verbindungsbeschichtung und eine wärmeisolierende keramische Deckschicht aufweisen. Solche Beschichtungen sind in den auf die vorliegende Anmelderin übertragenen US-Patenten 4,321,310 an Ulion et al., 4,321,311 an Strangman, 4,401,697 an Strangman, 4,405,659 an Strangman, 4,405,660 an Ulion et al., 4,414,249 an Ulion et al. und 5,262,245 an Ulion et al. beschrieben. Wärmebarrierenbeschichtungen schaffen eine Wärmebeständigkeit für die hohen Temperaturen in einer Gasturbinenmaschine zusätzlich dazu, dass sie Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit liefern.
Für Gasturbinenanwendungen sind die Materialien und Verarbeitungsverfahren, die für die Wärmebarrierenbeschichtungen verwendet werden, ausgewählt, um eine Beständigkeit gegen Abplatzen (Beschichtungsverlust) der keramischen Außenschicht während Wärmezyklen der Maschine sowie Beständigkeit gegen die oxidierende und korrosive Umgebung im Falle eines TBC-Abplatzereignisses zu schaffen. Während normalem Maschinenbetrieb und nach einer gewissen Zeit degradiert die Wärmebarrierenbeschichtung, welche die Metallverbindungsbeschichtung und die keramische Deckschicht aufweist, an bestimmten Oberflächenbereichen, die den anstrengendsten Betriebsbedingungen ausgesetzt sind. Die Verbindungsbeschichtung kann während des Betriebs mit einem Substrat des Gegenstands an derartigen Oberflächenbereichen in einem Maße zusammendiffundieren, dass ihre Schutzfähigkeit unterhalb ein akzeptables Niveau abfällt, und das Entfernen und das Neuauftragen einer Schutzbeschichtung nötig macht.
Außerdem wurden interne Kühlverfahren entwickelt, um die Temperatur der Leitschaufeln und Laufschaufeln innerhalb von Konstruktionsgrenzen zu halten und dabei bei hohen Temperaturen zu arbeiten. Beispielsweise wird die äußere Oberfläche von Maschinenbauteilen, die dem Heißgasweg ausgesetzt sind, typischerweise mit Hochdruckkühlluft von dem Verdichterabschnitt der Maschine gekühlt. Die Filmkühlung hat sich als ein effektives Mittel zur Verwendung dieser Kühlluft herausgestellt. Bei diesem Verfahren lässt man eine Lage aus Kühlluft zwischen den Hochtemperaturgasen und den Außenoberflächen der Maschinenbauteile strömen. Die Lage aus Kühlluft wird gebildet, indem man die Kühlluft durch eine Serie kleiner Kühllöcher in dem Bauteil ausströmen lässt, die nach einem vorbestimmten Muster gebildet sind. Der sich ergebende Luftfilm reduziert die Bauteiloberflächentemperatur und verzögert so die Bauteilverformung. Die Maschineneffizienz wird auch wegen der möglichen höheren Turbineneinlasstemperaturbereiche erhöht.
Es ist in dem Technikgebiet bekannt, dass man die Filmkühleffizienz durch das Verwenden von Diffusionslöchern erhöhen kann, die einen konischen Bereich und eine vergrößerte Öffnung an der Oberfläche des Bauteils haben. Das Formen von Löchern zum Diffundieren von Luft, bevor sie in die Grenzschicht des Bauteils gelangt, verbreitet die Ausbreitung der Luft strömungsabwärts des Lochs und erhöht so die Kühleffizienz. Verglichen damit bilden zylinderförmige Löcher einen lokalisierten Bereich strömungsabwärts des Lochs, wo der Kühleffizienzabfall minimiert ist. Obwohl qualitativ hochwertige Diffusionslöcher eine überlegene Leistung liefern, sind sie sowohl teuer als auch schwierig herzustellen.
Weil Turbinenlaufschaufeln und -leitschaufeln teuer sind, wurde eine Vielzahl von Wiederaufarbeitungsverfahren entwickelt, um die verschlechterten Schaufeln wieder in einen dienstfähigen Zustand zu versetzen. Die speziellen Details der verschiedenen Wiederaufarbeitungsverfahren hängen von der Art und dem Umfang der Schaufelverschlechterung ab. Beispielsweise können existierende Schutzbeschichtungen, beispielsweise die Wärmebarrierenbeschichtung, welche die Verbindungsbeschichtung und die keramische Deckschicht aufweisen, von den Laufschaufeln und den Leitschaufeln entfernt werden.
Das Entfernen der Verbindungsbeschichtung nach dem Entfernen der keramischen Deckschicht kann in Folge von Oberflächenverschlechterung der Verbindungsbeschichtung insbesondere an den Oberflächenbereichen, die anstrengenden Betriebsbedingungen am meisten ausgesetzt sind, erforderlich sein. Der keramische Anteil der Beschichtung kann durch Eintauchen des Teils in eine Lösung von KOH abgelöst werden. Der metallische Anteil der Beschichtung kann durch Eintauchen des Teils in eine HCl Lösung abgelöst werden.
Vor dem Wiederaufbringen einer nicht originalen Ersatzbeschichtung und nach dem Entfernen der existierenden Wärmebarrierenbeschichtung kann eine Repa ratur von Rissen und anderen Oberflächendefekten in den Leitschaufel- und Laufschaufel-Gussstücken erfolgen. Ein derartiger Reparaturprozess ist in dem US Patent Nr. 4,008,844 beschrieben. Gemäß diesem Patent weist ein Reparaturmaterial eine Mischung aus Metallpulvern auf, die aus zwei Pulvern mit unterschiedlichen Zusammensetzungen hergestellt ist. Eine Zusammensetzung ist an die der zu reparierenden Superlegierung angenähert, während die andere Zusammensetzung auch an die zu reparierende Superlegierung angenähert ist, jedoch ein Mitteil zum Senken des Schmelzpunkts, üblicherweise Bohr, beinhaltet. Die Mischung hat eine pastenartige Konsistenz. Der zu reparierende Defekt wird mit einer Mischung dieser Pulver gefüllt und dann auf eine Temperatur erwärmt, bei der das Bohr enthaltende Pulver schmilzt, das bohrfreie Pulver und das Substrat das jedoch nichts tun. Dann kommt es zu einem isothermischen Verfestigen über eine Zeitdauer, während das Bohr in das Substrat diffundiert und so die Verfestigungstemperatur des geschmolzenen Bestandteils erhöht. Typischerweise werden sämtliche Kühllöcher, beispielsweise in der Leitschaufel, was abhängig von dem Strömungsprofil über etwa 300 sein können, vollständig mit dem Reparaturmaterial gefüllt. Der Füllprozess ist sowohl arbeitsaufwändig als auch kostenaufwändig und erfordert das Wiederherstellen der gefüllten Kühllöcher, einschließlich der Diffusionslöcher.
Wie das im Falle einer Laufschaufelreparatur bekannt ist, kann von der Laufschaufel zuerst die ursprüngliche Beschichtung abgelöst werden und dann wird eine nicht originale Ersatzbeschichtung auf das Laufschaufelgussstück aufgebracht, bevor die Laufschaufel in den Dienst zurückgebracht wird. Während dieses Reparaturverfahrens können diese Kühllöcher, falls die Laufschaufel irgendwelche Kühllöcher hat, einem teilweisen oder vollständigen Füllen mit dem nicht originalen Beschichtungsmaterial ausgesetzt sein.
Eine solche übermäßige nicht originale Beschichtung kann sich im Mund eines jeden Kühllochs ansammeln. Das Phänomen wird als „coatdown" bezeichnet und kann die Strömungskapazität der betroffenen Löcher begrenzen. Der Effekt eines coatdown kann die Kühleffizienz der Filmkühlung vermindern und so die Nutzlebensdauer des Bauteils verringern. Alle Kühllöcher, die coatdown ausgesetzt sind, sind typischerweise für eine Rückkehr in den Dienst nicht akzeptabel und müssen neu bearbeitet werden, um die übermäßige nicht originale Be schichtung zu entfernen, bevor die Laufschaufel zurück in Dienst gebracht werden kann.
Die Effekte von coatdown kann man umkehren, indem man die überschüssige Beschichtung erodiert, indem man einen präzise fokussierten Strom abrassiver Teilchen hoher Geschwindigkeit in dem Mund eines jeden betroffenen Lochs lenkt. Jedoch kann es sein, dass die erosive Behandlung ungenau und nicht wiederholbar ist, und sie ist ermüdend und zeitaufwändig, da ein typisches Gasturbinenströmungsprofil viele Reihen von Kühllöchern hat.
Deshalb erfordert die Reparatur von Turbinenbauteilen das Wiederherstellen der Kühllöcher und verwendet typischerweise die bei der ursprünglichen Herstellung des Bauteils verwendeten Verfahren.
Viele Anstrengungen wurden unternommen, um kosteneffiziente, qualitativ hochwertige Kühllöcher in Gasturbinenmaschinenbauteilen wiederherzustellen. Beispielsweise wurde Laserbohren verwendet, um zylinderförmige Löcher an der Vorderkante und der Hinterkante von Leitschaufeln und Laufschaufeln zu bilden. Es ist jedoch schwierig, geformte Löcher (Diffusionslöcher) mit diesem Verfahren herzustellen. Das ist eine signifikante Reparatureinschränkung, weil die Geometrie der Löcher zum Teil die Effektivität der Kühlung bestimmt.
Elektroentladungsbearbeiten (EDM – electrical discharge machining) ist ein bekanntes Verfahren zum Erzeugen geformter Löcher oder anderer Öffnungen in Metallen. Es verwendet Stromentladungen, um Metall zu erodieren. Beispielsweise kann eine Funkenentladung erzeugt werden, indem man Gleichstrom zwischen einem positiv geladenen Arbeitsstück (Anode) und einer Elektrode (Kathode) pulsieren lässt. Zu dem Strom kommt es, wenn die Potentialdifferenz zwischen der Elektrode und dem Arbeitsstück, die beide ein dielektrisches Fluid kontaktieren, groß genug ist, um das dielektrische Fluid zusammenbrechen zu lassen, um einen elektrisch leitenden Kanal zu bilden. Beim Anlegen einer Spannung oder eines Potentials ergibt sich ein Stromfluss mit ausreichender Wärmeenergie, um das Arbeitsstück zu schmelzen und zu erodieren. Dieses Verfahren findet Anwendung beim maschinellen Bearbeiten von kleinen, tiefen, seltsam geformten Löchern, die mit anderen Mitteln nur aufwändigst zu bilden sind.
Ein EDM-Verfahren zum Erzeugen von Wiederherstellungs-Diffusionslöchern in Maschinenbauteilen verwendet eine Kupferelektrode, die durch Pressen und Formgeben zu einer dreidimensionalen Gestalt hergestellt wurde. Die Elektrode besteht aus mindestens einem länglichen Ende kleinen Durchmessers, welches den Kühlluftzumessabschnitt bildet. Das längliche Ende ist mit einem dreidimensionalen diffusorförmigen Bereich verbunden, der eine Diffusorfläche für den Zumessabschnitt bildet. Die Elektrode erzeugt ein ähnlich geformtes Loch, und erlaubt dabei Elektroden-Überbrennen und EDM-Elektrodenerosion. Obwohl das vorangegangene EDM-Verfahren erfolgreich ist, gibt es Einschränkungen. EDM ist ein zeitintensives und relativ aufwändiges Verfahren verglichen mit den anderen Verfahren, beispielsweise dem Laserbohren. Auch sind die Elektroden brüchig und können nicht wieder verwendet werden. Die Verwendung von EDM zum Herstellen der Diffusionskühllöcher in einer typischen Leitschaufel ist arbeitsaufwändig und teuer.
US-A-5,972,424 ist der nächste Stand der Technik und beschreibt ein Verfahren zum Reparieren von Defekten in einem Gegenstand (einem Gasturbinenbauteil), wobei der Gegenstand ein Substrat und eine existierende Beschichtung an einer Oberfläche des Substrats aufweist, wobei der Gegenstand eine Mehrzahl von Kühllöchern hat, die von dem Substrat und der existierenden Beschichtung ausgehen, wobei die Beschichtung eine Metallverbindungsbeschichtung und eine keramische Deckschicht aufweist. Die keramische Deckschicht wird von einem in einer Maschine gelaufenen Gasturbinenmaschinenbauteil entfernt und das Bauteil wird inspiziert. Eine metallische Flammbeschichtung wird auf mindestens einen Bereich des Bauteils aufgebracht und eine keramische Deckschicht wird über vorbestimmten Bereichen des Bauteils einschließlich dem Bereich, auf dem die metallische Flammschicht aufgebracht wurde, aufgebracht.
Im Anschluss an das Abscheiden der Flammbeschichtung kann es wünschenswert sein, sämtliche Kühllöcher wieder aufzuarbeiten, die teilweise oder vollständig von der Beschichtung verstopft wurden. Das kann man mit Elektroentladungsbearbeiten (EDM) oder irgendeinem anderen geeigneten Verfahren machen.
EP-A-1010563 beschreibt ein Kühllochmodifikationsverfahren, welches das Bearbeiten der Kühllöcher durch EDM beinhaltet.
Deshalb wird in der Gasturbinenindustrie eine Reparatur für Gasturbinenmaschinenbauteile und insbesondere Schaufeln benötigt, die Diffusionskühlpassagen haben, das das Entfernen des gesamten Beschichtungssystems und die Reparatur von Defekten erlaubt und dabei die Anzahl von Wiederholungen erhöht, die ein Teil repariert werden kann, und die Herstellungskosten und die Herstellungszykluszeit, verglichen mit Reparaturverfahren des Stands der Technik verringert.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Das wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 erreicht. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 8 angegeben.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen ersichtlicher.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird nun nur beispielhaft mit Bezugnahme auf die folgenden Figuren beschrieben, für die gilt:
1 ist eine perspektivische Ansicht einer typischen Gasturbinenmaschinen-Hochdruckturbinen-Leitschaufel;
2 ist eine Draufsicht auf die Leitschaufel von 1;
3 ist eine Untenansicht der Leitschaufel von 1;
4 ist ein vergrößerter Schnitt, der im Wesentlichen in der Richtung von 4-4 von 1 genommen ist und das Leitschaufelsubstrat, eine existierende Schutzbeschichtung, die auf das Substrat aufgebracht ist, und ein ty pisches Diffusionskühlloch, welches durch das Substrat und die Beschichtung geht, zeigt;
5 ist eine im Wesentlichen in der Richtung 5-5 von 4 genommene Ansicht und zeigt das Diffusionsloch vor der Reparatur der vorliegenden Erfindung;
6 ist eine Seitenansicht einer Elektrode, die zur Verwendung mit dem Reparaturverfahren der vorliegenden Erfindung geeignet ist; und
7 ist eine Seitenansicht einer Elektrode, die zur Verwendung mit dem Reparaturverfahren der vorliegenden Erfindung geeignet ist.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann zum Reparieren jegliches Gasturbinenbauteils oder -gegenstands, beispielsweise Laufschaufeln oder Leitschaufeln verwendet werden, die beschichtet sind, insbesondere mit einem Wärmebarrierenbeschichtungssystem. Ein Wärmebarrierenbeschichtungssystem weist eine metallische Verbindungsbeschichtung und eine Deckschicht auf. Typischerweise sind in der Maschine gelaufene Hochdruckturbinenströmungsprofile, beispielsweise Leitschaufeln, Kandidaten für die Reparatur der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf die 1 ist eine Hochdruckturbinenleitschaufel (Gegenstand) 10 gezeigt. Unter Bezugnahme ebenfalls auf die 2 und 3 sind eine Draufsicht bzw. eine Untersicht der Leitschaufel 10 von 1 gezeigt. Die Leitschaufel 10 weist einen Strömungsprofilabschnitt (Strömungsprofil) 12 mit mindestens einem internen Hohlraum 24 (2) auf, wobei der interne Hohlraum 24 eine Innenoberfläche 26 (2) hat. Der Strömungsprofilabschnitt 12 hat eine konvexe Oberfläche 20 und eine konkave Oberfläche 22. Die konvexe Oberfläche und die konkave Oberfläche 20, 22 sind jeweils durch eine Hinterkante 30 und eine Vorderkante 32 begrenzt und bilden zusammen eine Außenoberfläche 78 des Strömungsprofils. Die Außenoberfläche 78 ist dem Heißgasweg ausgesetzt.
Die Hinterkante 30 des Strömungsprofils 12 weist Kühlschlitze 86 auf. Der Strömungsprofilabschnitt 12 ist auch von einer Innendurchmesserplattform (Plattform) 8 und einer Außendurchmesserplattform (Plattform) 14 begrenzt. Die Innen- und Außendurchmesserplattformen 8, 14 bilden den Gaswegringraum und weisen Kühllöcher 72 bzw. 74 auf. Die Außendurchmesserplattform 14 weist gegenüberliegende Flansche 34, mindestens eine Abdeckung 36 (2), vorzugsweise zwei, und eine Schiene 38 auf. Die Innendurchmesserplattform 8 weist eine Schiene 40 und eine Abdeckung 42 (3), vorzugsweise zwei, auf.
Das Gussstück der Leitschäufel 10 ist vorzugsweise aus solchen Legierungen hergestellt, die typische Zusammensetzungen zur Verwendung in einer Gasturbinenbetriebsumgebung haben. Beispielhafte US-Patente, welche säulenförmige und einkristalline und gerichtet verfestigte Legierungen beschreiben, beinhalten 4,209,348; 4,643,782; 4,719,080 und 5,068,084.
Die Leitschaufel 10 liegt in dem Heißgasweg und die Leitschaufel 10 ist luftgekühlt durch Strömenlassen von Kühlluft, typischerweise von dem Verdichterablass in die internen Hohlräume 24. Kühlluft gelangt in die internen Hohlräume 24 durch korrespondierende Öffnungen in den Plattformen 8, 14. Diese Luft kühlt die Innenoberfläche 26 des Strömungsprofils 12 durch Konvektion oder internes Aufprallen auf Prallelemente und kühlt die konvexe Oberfläche und die konkave Oberfläche 20 bzw. 22 des Strömungsprofils 12 durch Filmkühlen. Diese Luft wird von den Innenhohlräumen 24 und nach außen über die Leitschaufel 10 durch eine Mehrzahl von Kühllöchern, vorzugsweise zylinderförmige Kühllöcher 16 und Diffusionskühllöcher (Diffusionslöcher) 18 gelenkt, um ihm zu helfen, die hohen Temperaturen auszuhalten, denen es ausgesetzt ist. Die Kühlluft wird auch über die Plattformen 8, 14 beim Austritt aus den entsprechenden Kühllöchern 72, 74 geleitet. Die Hinterkante 30 wird durch durch die Schlitze 86 austretende Luft gekühlt.
Obwohl die 1 die Mehrzahl von Kühllöchern 16, 18 an der konkaven Oberfläche 22 angeordnet zeigt, verstehen Fachleute schnell, dass die Mehrzahl von Kühllöchern 16, 18 an beiden, der konvexen und der konkaven Oberfläche 20 bzw. 22 gebildet sein kann.
Unter Bezugnahme auf die 4 ist eine Schnittansicht der Wanddicke des Strömungsprofils 12 und insbesondere des Diffusionslochs 18 gezeigt, genommen entlang der Linie 4-4 von 1. 5 zeigt eine Ansicht, die im Wesentlichen in der Richtung von 5-5 von 4 genommen ist und zeigt das Diffusionsloch 8 vor der Reparatur der vorliegenden Erfindung.
Um die Leitschaufel 10 (1) gegen hohe Temperaturen weiter zu schützen, sind das Strömungsprofil 12 und die Plattformen 8, 14 mit einer Oberflächenschutzschicht, vorzugsweise einem Wärmebarrierenbeschichtungssystem (TBC – thermal barrier coating) beschichtet. Das Wärmebarrierenbeschichtungssystem 44 weist eine Metallverbindungsbeschichtung 46, die über die einem Substrat 58 der Leitschaufel 10 (1) angeordnet ist, und eine keramische Deckschicht 75 auf der Oberseite der Verbindungsbeschichtung 46 auf.
Mit Bezugnahme auf die 1 und 4 erkennt man, dass die Leitschaufel 10 eine Mehrzahl von Diffusionslöchern 18 hat, die verschiedene Geometrien und vorbestimmte Luftströmungseigenschaften basierend auf den Positionen in der Leitschaufel 10 haben können. Das in der 4 gezeigte repräsentative Diffusionsloch 18 hat eine Zumesspassage 60 in Fluidverbindung mit einer Diffusionspassage (Mund) 52, wobei jede eine vorbestimmte Geometrie besitzt. Die Zumesspassage 60 hat einen Einlass 76 mit einer vorbestimmten Halsfläche, die als At gezeigt ist, wobei die Halsfläche At eine vorbestimmte Luftströmungsanforderung liefert. Somit reguliert der Einlass 76 Kühlluftströmung aus den internen Hohlräumen 24 in die Diffusionslöcher 18. Diffusionspassage 52 divergiert axial, nicht regelmäßig und geht von dem Einlass 76 zu einem Auslass 77 an der Außenoberfläche 78 der Leitschaufel 10. Die Diffusionspassage 52 erleichtert die Filmkühlung der Außenoberfläche 78 des Strömungsprofils 12, wenn die Kühlluft aus der Diffusionspassage 52 des Diffusionslochs 18 austritt. Die Diffusionspassage 52 weist auch einen inneren geformten Bereich (inneren Diffusorbereich) 80 auf, während die Zumesspassage 60 einen inneren Zumessbereich 82 aufweist.
Die Leitschaufel 10 kann, wenn sie in Dienstbetrieb gebracht ist, eine nicht gleichförmige Verschlechterung erfahren. Ein lokaler Bereich der Leitschaufel 10, der durch 48 repräsentiert ist, kann anstrengenderen Betriebsbedingungen während des Dienstbetriebs ausgesetzt sein als ein lokaler Bereich der Leitschaufel 10, der durch 50 repräsentiert ist. Somit erfährt, basierend auf den Betriebsbedingungen, welche die Leitschaufel 10 erfährt, die Leitschaufel eine nicht gleichförmige Verschlechterung, einschließlich einer nicht gleichförmigen Verschlechterung der keramischen Deckschicht 75 einer nicht gleichförmigen Diffusion der Oberflächenbeschichtung, beispielsweise der Verbindungsbeschichtung 46 in das Substrat 50 und/oder eine Oxidation einer exponierten Verbindungsbeschichtung 46.
Bei dem vorangehend beschriebenen Typ von TBC System erfahren die Bereiche der Leitschaufel 10, wie der lokale Bereich 48, die den höchsten Temperaturen ausgesetzt sind, einen größeren Oxidationsverlust oder Diffusionsverlust von kritischen Verbindungsbeschichtungselementen in das Substrat 58 und das Potential für ein TBC-Abplatzen und anschließendes Ausgesetztsein der Verbindungsbeschichtung 46 der oxidierenden und korrosiven Atmosphäre. Kühlere Bereiche an der Oberfläche der Leitschaufel 10 bei einem solchen TBC System, wie beispielsweise der lokale Bereich 50, können durch den Maschinenbetrieb weniger beeinträchtigt oder praktisch unbeeinträchtigt sein. Das nachfolgend beschriebene Reparaturverfahren zieht einen Vorteil aus diskreten örtlichen Bereichen der Leitschaufel 10, wie beispielsweise den lokalen Bereichen 48, 50, die sich in unterschiedlichen Zuständen der Verschlechterung finden. Auf diese Weise wird die Außenoberfläche 78 der Leitschaufel 10 nicht gleichförmig repariert, sondern die Reparatur der Leitschaufel 10 basiert auf lokalen Bereichen von Degradations- oder Defektmustern. Man erkennt, dass Lokalbereiche 48, 50 illustrativ verwendet sind, um anzuzeigen, dass verschiedene Bereiche der Leitschaufel 10 und insbesondere die dort enthaltenen Diffusionslöcher 18 verschiedene Stufen bei dem Reparaturverfahren der vorliegenden Erfindung durchlaufen, wie nachfolgend detailliert dargelegt werden wird. Jedoch verstehen Fachleute leicht, dass die Leitschaufel 10 mehrere Bereiche 48, 50 basierend auf dem Defektmuster aufweisen kann.
Wie in dem Technikgebiet bekannt, beinhaltet der erste Schritt beim Reparieren der Leitschaufel 10 das Entfernen von lösbaren Details, beispielsweise Prallelementen und ähnlichen Teilen in geeigneter Weise. Ein Glättungsverfahren zum Entfernen der Abdeckungen 36, 42 wird auch zu dieser Zeit durchgeführt. Andere Vorabschritte können das Reinigen und Spannungslösen durch irgendein geeig netes im Technikgebiet bekanntes Verfahren beinhalten. Beispielsweise kann ein geeignetes Reinigungsverfahren ein Korn- oder Sandstrahlen beinhalten. Ein geeignetes Spannungslösungsverfahren kann das Erwärmen des Teils auf eine Temperatur von zwischen 1950° Fahrenheit bis etwa 2000° Fahrenheit (1066 bis 1093° Celsius) in einer nicht oxidierenden Atmosphäre (z. B. Vakuum oder Argon) für etwa sieben Minuten bis etwa 240 Minuten beinhalten. Der innere Hohlraum 24 kann falls erforderlich zu jedem Zeitpunkt während des Verfahrens mit irgendeinem geeigneten im Technikgebiet bekannten Verfahren gereinigt werden. Weitere Vorabschritte beinhalten das Schleifen der Flansche 34 und das Entfernen der Abdeckungen 36, 42 mit irgendeinem in dem Technikgebiet bekannten Verfahren. Die Abdeckungen 36, 42 werden vorzugsweise unter Verwendung eines Schleifschritts entfernt, da die Abdeckungen 36, 42 typischerweise an die jeweilige Außen- und Innendurchmesserplattform 14, 18 geschweißt sind.
Im Anschluss an sämtliche Vorabschritte wird die keramische Deckschicht 75 von der Leitschaufel unter Verwendung irgendeines konventionellen im Technikgebiet bekannten Verfahrens entfernt. Beispielsweise können die keramische Deckschicht 75 und oxidiertes Beschichtungsmaterial durch Autoklaven-Reinigung in KOH, Kornstrahlen, vorzugsweise unter Verwendung eines Aluminiumoxidkornmaterials, oder irgendein anderes im Technikgebiet bekanntes Verfahren entfernt werden. Ein Autoklaven-Reinigungsprozess kann das Eintauchen des Teils in eine Lösung aus KOH für etwa vier Stunden bis etwa acht Stunden bei einem Druck von etwa 375 psia bis etwa 425 psis (2,59 bis 2,93 mPa) und einer Temperatur von etwa 400°F bis etwa 450°F (204 bis 232°C) beinhalten.
Nach dem Entfernen der keramischen Deckschicht 75 wird die Metallverbindungsbeschichtung 46 unter Verwendung im Technikgebiet bekannten Verfahren abgelöst. Beispielsweise kann die Verbindungsbeschichtung 46 durch Eintauchen der Leitschaufel 10 in eine bewegte Ablöslösung oder irgendein anderes im Technikgebiet bekanntes Verfahren, entfernt werden. Nach dem Abschluss des Ablöseverfahrens wird die Leitschaufel dann optisch inspiziert, um ein adäquates Entfernen der Metallbeschichtung sicherzustellen, und insbesondere, um sicherzustellen, dass keine Restspuren von Metallbeschichtung an der exponierten Oberfläche des Substrats 58 der Leitschaufel 10 verbleiben. Nach dem Abschluss der optischen Inspektion wird die Leitschaufel 10 beispielsweise durch Kornstrahlen, gereinigt. Als nächstes wird die Leitschaufel 10 in einem Ofen zur Wärmefärbung gebracht zum Inspizieren nach der Anwesenheit einer Metallbeschichtung, um zu bestimmen, ob die Leitschaufel 10 in einem Zustand ist, um die Reparatur der vorliegenden Erfindung auszuführen. Örtliche Flecken von restlicher Metallbeschichtung können vorsichtig verschliffen werden, um die überschüssige Beschichtung zu entfernen. Wenn große Flecken vor Metallbeschichtung verbleiben, benötigt die Leitschaufel 10 die Wiederholung des vorangehend beschriebenen Ablöseverfahrens.
Die Leitschaufel 10 sollte auch untersucht werden, um zu bestimmen, ob sie bestimmte Minimumstandards erfüllt. Generell sollte die Leitschaufel 10 die relevanten Tauglichkeitsinspektionsgrenzen erfüllen. Außerdem kann es wünschenswert sein, einige Begrenzungen hinsichtlich des Ausmaßes von in der Leitschaufel 10 akzeptabler Rissbildung einzuführen. Beispielsweise kann es bevorzugt sein, Leitschaufelrissbildung auf Risse zu begrenzen, die nicht größer als etwa 30 mils (0,76 mm) in der Breite sind und Erosion, die nicht größer als etwa 30 mils (0,76 mm) in der Tiefe ist. Ausgewählte Kriterien können die Tauglichkeitsgrenzen überschreiten, solange die Leitschaufel 10 innerhalb der Begrenzungen der vorliegenden Erfindung repariert werden kann, um das Kriterium wieder in taugliche Grenzen zurückzuführen.
Im Anschluss an die Inspektion werden die identifizierten Risse, die in akzeptablen Tauglichkeitsgrenzen fallen, geöffnet, um Oxidationsmaterial und Schmutz zu entfernen. Als nächstes wird die Leitschaufel 10 gereinigt, beispielsweise durch ein Kornstrahlverfahren, dem eine Ultraschallreinigung, Druckspülung und Wasserstofffluorid (HF)-Reinigung folgen, um das Entfernen sämtlicher Reste von Abrassivmaterial sicherzustellen. Dann können die identifizierten Risse geschweißt werden.
Nachdem die Leitschaufel 10, wie vorangehend beschrieben, gereinigt wurde, wird selektiv ein Reparaturmaterial (Reparaturmaterial) auf Oberflächenungenauigkeiten, beispielsweise Risse, aufgebracht, einschließlich in der Nähe und in ausgewählten Kühllöchern 16, 18, welche die Tauglichkeitsinspektionskriterien nicht erfüllen. Beispielsweise erhalten Diffusionslöcher, die Rissen von etwa generell weniger als 100 mils (2,5 mm) breite benachbart sind, das Reparaturmateri al. Sowohl zylinderförmige Kühllöcher als auch Diffusionskühllöcher 16, 18, welche die Inspektionskriterien nicht erfüllen, werden selektiv mit dem Reparaturmaterial gefüllt. Bereiche der Leitschaufel 10 werden basierend auf den Inspektionskriterien zum Auftrag des Reparaturmaterials identifiziert. Der lokale Bereich 48 wird als ein solcher Bereich identifiziert. Dieser Schritt hat auch den Vorteil, das Reparaturmaterial auf das Substrat 58 der Leitschaufel 10 nur dort aufzubringen, wo es benötigt wird. Das minimiert das Einbringen irgendwelcher Elemente des Reparaturmaterials in das Substrat 58.
Reparaturmaterialien und die Verfahren zum Aufbringen der entsprechenden Reparaturmaterialien auf die Leitschaufel 10 sind in den US Patenten der Anmelderin mit den Nummern 4,008,844, Duvall et al., 4,073,639, Duvall et al., 5,437,737 Draghi et al. und 5,549,767 Pietruska et al. beschrieben, auf die man für Details Bezug nehmen kann. Das Reparaturmaterial wird selektiv auf Defekte in dem lokalen Bereich 48 und insbesondere die Diffusionslöcher 18 aufgebracht, die die Tauglichkeitsinspektionskriterien nicht erfüllen. Das Reparaturmaterial wird unter Verwendung eines Auftragewerkzeugs, welches eine vorbestimmte Menge an Reparaturmaterial in einem vorbestimmten Zeitintervall bei einem vorbestimmten Druck auf jede Fehlerstelle, z. B. ein während der Inspektion identifiziertes Kühlloch, von Hand aufgebracht. Auf diese Weise wird jeder identifizierte Defekt vollständig mit dem Reparaturmaterial gefüllt.
Jegliches überschüssiges Reparaturmaterial wird dann unter konventionellen Verschleif- oder Glättungstechniken verschliffen. Die Leitschaufel 10 wird dann unter Verwendung eines konventionellen Reinigungsverfahrens, beispielsweise Kornstrahlen, gereinigt, um die Leitschaufel 10 zur Fluoreszenzteilcheninspektion (FPI – fluorescent particle inspection) vorzubereiten.
Da die Aufbringung der Reparaturbeschichtung ein arbeitszeitintensives und ermüdendes Verfahren ist, ist das selektive Aufbringen des Reparaturmaterials auf den lokalen Bereich 48 der Leitschaufel 10 vorteilhaft. Außerdem enthält die Reparaturbeschichtung wie in den US Patenten Nr. 5,437,737, Draghi et al. und 5,549,767 Pietruska et al. beschrieben ein Mittel zum Senken des Schmelzpunkts, vorzugsweise Bor.
Man erkennt, dass das Reparaturmaterial ein Zweischrittverfahren bilden kann, dahingehend, dass zwei Mischungen aus Reparaturmaterial sequentiell auf jeden identifizierten Defekt aufgebracht werden können, wie in den US Patenten 5,437,737 Draghi et al. und 5,549,767 Pietruska et al. beschrieben.
Vor dem Aufbringen der Verbindungsbeschichtung 46 auf die gesamte Oberfläche der Leitschaufel 10, wird die Leitschaufel 10 einer Reinigung unterzogen, vorzugsweise einem Kornstrahlarbeitsschritt, und dann optisch inspiziert unter Verwendung einer zerstörungsfreien Inspektionstechnik. Geeignete Inspektionstechniken beinhalten, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Fluoreszenzpenetranzinspektion (FPI – fluorescent penetrant inspection), um die Anwesenheit von Rissen zu bestimmen, Röntgenstrahluntersuchung, um die Anwesenheit von Rissen und die Wanddicke zu bestimmen, und irgendwelche andere geeignete konventionelle Verfahren. Vorzugsweise wird ein FPI-Verfahren verwendet, um die Größe und die Position von Rissen an den Oberflächen der Leitschaufel 10 zu evaluieren. Anzeichen oder Verformungszustände, die repariert werden sollten, können abhängig von der Art des reparierten Teils und der Maschine von der es kommt, variieren. Es kann wünschenswert sein, in der Leitschaufel 10 aufgefundene Risse durch Aufweiten oder irgendein anderes konventionelles Verfahren zu entfernen. Manche Risse kann man möglicherweise nicht reparieren. Beispielsweise kann es unerwünscht sein, Risse zu reparieren, die in einem Bereich von etwa generell 350 mils (6,3 mm) voneinander entfernt sind und/oder größer als etwa generell 100 mils (2,5 mm) sind. Auch kann es möglicherweise nicht wünschenswert sein, Reparaturen, die irgendwelche internen Hohlräume der Leitschaufel 10 exponieren oder an Rissen von verbrannten oder erodierten Bereichen durchzuführen.
Als nächstes und vor dem Aufbringen der Verbindungsbeschichtung 46 erfährt die Leitschaufel 10 eine Vorbeschichtungs-Inspektion, um sicherzustellen, dass sämtliche Gaswegoberflächen glatt und kontinuierlich ohne irgendwelche offensichtlichen Unregelmäßigkeiten oder Blockagen sind. Als weiteres wird die Dicke des Strömungsprofils 12 gemessen, um mit den vorbestimmten minimalen Wanddickengrenzen in Übereinstimmung zu sein.
Die metallische Verbindungsbeschichtung 46 wird auf der gesamten Oberfläche der Leitschaufel 10 mit irgendeinem im Technikgebiet bekannten Verfahren zum Aufbringen solcher Materialien aufgebracht. Beispielsweise kann die Verbindungsbeschichtung durch die Verwendung eines Plasmasprühverfahrens mit niedrigem oder verringertem Druck (LPPS – low pressure plasma spray oder RPPS – reduced pressure plasma spray), eines Luftplasmasprühverfahrens (APS – air plasma spray), eines physikalischen Elektronenstrahldampfabscheideverfahrens (EB-PVD – electron beam physical vapor deposition) oder irgendeinem anderen im Technikgebiet bekannten Verfahren aufgebracht werden. Vorzugsweise wird die Verbindungsbeschichtung unter Verwendung von LPPS aufgebracht. Die Verbindungsbeschichtung sollte zu einer vorbestimmten Dicke aufgebracht werden, die konsistent mit der aufgebrachten Dicke der Originalverbindungsbeschichtung ist und ausreichend ist, um eine kräftige Verbindung zwischen der Leitschaufel 10 und der keramischen Deckschicht 75 zu liefern und das Ausweiten von Rissen, die sich in der keramischen Deckschicht 75 entwickeln, in die Leitschaufel 10 verhindert. Für die meisten Anwendungen kann die Verbindungsbeschichtung etwa 1 mil bis etwa 3 mils (0,025 bis 0,075 mm) dick sein.
Dem Abscheiden der Verbindungsbeschichtung 46 folgend wird das Verfahren der vorliegenden Erfindung, sofern es die Wiederherstellung und das Aufarbeiten der Diffusionslöcher 18 betrifft, mit Bezugnahme auf die lokalen Bereiche 48, 50 beschrieben. Die Diffusionslöcher 18 in dem lokalen Bereich 48 müssen wiederhergestellt werden, da sie, wie vorangehend beschrieben, mit Reparaturmaterial gefüllt wurden. Im Gegensatz dazu werden Diffusionslöcher 18 in den lokalen Bereichen 48, 50 nicht aufgearbeitet, was nun im Detail dargelegt wird.
Es wird nun auf die 1, 4 und 5 Bezug genommen. Diffusionslöcher 18, die im Bereich 50 angeordnet sind, müssen möglicherweise aufgearbeitet werden. Das Aufbringen der nicht originalen Metallverbindungsbeschichtung 46 auf die gesamte Oberfläche 78 der Leitschaufel 10 kann zu einer Menge an überschüssigen Verbindungsbeschichtung führen, die sich in der Diffusionspassage 52 der Diffusionslöcher 18 anhäuft und so die Querschnittsfläche verringert, durch die die Kühlluft strömt. Da dieses „coatdown"-Phänomen, wie in den 4 und 5 gezeigt, die meisten, wenn nicht alle Diffusionslöcher 18 in dem Bereich 50 betrifft, ist die Effektivität des Kühlmediums verringert und die Haltbar keit der Leitschaufel beeinträchtigt. Das coatdown-Phänomen ist normalerweise kein Problem während der Herstellung von Erstausstattungsleitschaufeln, da die Schutzbeschichtungen und insbesondere die Metallverbindungsbeschichtung normalerweise vor der Einbringung der Kühlöffnungen angebracht werden.
Man erkennt ferner, dass Kühllöcher 72, 74, die in den Plattformen 8 bzw. 14 angeordnet sind, und Kühllöcher 16, die in einem Bereich der Vorderkante 32 angeordnet sind, unter Verwendung von Laserbohren aufgearbeitet werden, wie das im Technikgebiet bekannt ist, da sie typischerweise eine zylinderförmige Gestalt haben. Jedoch können Diffusionslöcher 18 durch Laserbohren nicht adäquat zu ihrer ursprünglichen Geometrie wieder hergestellt werden und benötigen deshalb Elektroentladungsbearbeitung (EDM – electrical discharge machining). Es ist wichtig, die ursprüngliche Geometrie der Diffusionslöcher 18 wieder herzustellen, da jedes Diffusionsloch 18 eine vorbestimmte Strömungscharakteristik hat. Man erkennt, dass die bestimmte Strömungscharakteristik der Diffusionslöcher 18 an der Oberfläche 78 der Leitschaufel 10 von einem Diffusionsloch 18 zum nächsten variieren können.
Deshalb sind die Diffusionslöcher 18, die in dem lokalen Bereich 48 der Leitschaufel 10 positioniert sind, wo das Reparaturmaterial verwendet wurde, mit dem Reparaturmaterial gefüllt und müssen folglich wiederhergestellt werden. Die Diffusionslöcher 18 können unter Verwendung irgendeines konventionellen Verfahrens, beispielsweise Kornstrahlen, EDM oder irgendeinem anderen geeigneten Verfahren wiederhergestellt werden. Vorzugsweise wird das EDM-Verfahren mit Elektroden 56, 62 verwendet, welches nun beschrieben wird.
Unter Bezugnahme auf die 6 und 7 sind Elektroden 56, 62, geeignet zum Einsetzen in eine Elektroentladungsbearbeitungsvorrichtung gezeigt. Unter Bezugnahme auf die 1, 4, 5 und 6 werden die Wiederherstellung und Reparatur der Diffusionslöcher 18 in lokalen Bereichen 48, 50 der Leitschaufel 10 unter Verwendung der Elektroden 56 bzw. 62 beschrieben.
Die Elektrode 56 weist einen Zumessbereich 66 und einen Diffusorbereich 68 auf. Die Elektrode 62 weist einen Diffusorbereich 70 auf. Man erkennt, dass die Geometrie der einzelnen Elektroden 56, 62, insbesondere der jeweiligen Bereiche 66, 68, 70 vorausgewählt ist, um zu der benötigten Gestalt des korrespondierenden Diffusionslochs 18 zu korrespondieren, für das sie verwendet wird. Insbesondere ist die Elektrode 56 gewählt, den inneren Diffusorbereich 80 und den inneren Zumessbereich 82 des entsprechenden zu reparierenden Diffusionslochs 18 in dem Bereich 48 wiederherzustellen. Ähnlich ist die Elektrode 62 gewählt, den inneren Diffusorbereich 80 des entsprechend zu reparierenden Diffusionslochs 18 in dem Bereich 50 wiederherzustellen. Das stellt sicher, dass nach dem Abschluss der Reparatur die vorbestimmten Luftströmungsanforderungen der entsprechenden Diffusionslöcher 18 erfüllt werden.
Das EDM-Verfahren ist der bevorzugte Weg sowohl zum Wiederherstellen als auch zum Wiederaufarbeiten der Diffusionslöcher 18, die in lokalen Bereichen 48 bzw. 50 angeordnet sind. Jedoch verwendet das hier beschriebene Reparaturverfahren Elektroden 56, 62 für unterschiedliche Bereiche der gleichen Leitschaufel 10 basierend auf der von den verschiedenen Bereichen 48, 50 der Leitschaufel 10 während des Dienstbetriebs erfahrenen Verschlechterung.
Im lokalen Bereich 48 wird das Diffusionsloch 18 nun unter Verwendung der Elektrode 56 wiederhergestellt. Da das Reparaturmaterial das Diffusionsloch 18 gefüllt hat, sind sowohl der Zumessbereich 66 als auch der Diffusorbereich 68 der Elektrode 56 zum Bewerkstelligen der Wiederherstellung erforderlich. Der Diffusorbereich 68 der Elektrode 56 korrespondiert in seiner Gestalt zu der Diffusorpassage 52 und insbesondere dem inneren Diffusorbereich 80 des Diffusorlochs 18. Während der Zumessbereich 66 der Elektrode 56 zu der Zumesspassage 60 und insbesondere dem inneren Zumessbereich 82 des Diffusionslochs korrespondiert.
Jedoch können in dem lokalen Bereich 50 die Diffusionslöcher 18 teilweise oder vollständig verstopft sein, wie vorangehend beschrieben, und deshalb müssen sie wiederaufbereitet werden, um die Kühleffizienz des Diffusionslochs 18 sowie die Schaufelhaltbarkeit wiederherzustellen. Das wird unter Verwendung der Elektrode 62 zum Entfernen des überschüssigen Verbindungsbeschichtungsmaterials bewerkstelligt. Die Elektrode 62 kann einfach durch das Entfernen eines Zumessbereichs von einer Elektrode hergestellt werden, die einen Diffusorbereich hat, der in seiner Gestalt zu der Diffusorpassage 52 und insbesondere dem inneren Diffusorbereich 80 des Diffusionslochs 18 korrespondiert. Das kann man durch Schneidwerkzeuge, beispielsweise Scheren, bewerkstelligen, um den Zumessbereich zu entfernen.
Somit erkennt man, dass die Reparatur in dem lokalen Bereich 50 verglichen mit der Reparatur in dem lokalen Bereich 48 nicht die Herstellung der Zumesspassage 60 des Diffusionslochs 18 erfordert. Das Eliminieren dieses Schritts trägt signifikant zur Verringerung der Herstellungskosten und der Herstellungszeit bei, was bei einer Herstellungsumgebung kritisch ist. Somit benötigen durch das selektive Aufbringen der Reparaturbeschichtung auf die Diffusionslöcher 18, die in dem Bereich 48 angeordnet sind, die Diffusionslöcher 18, die in dem Bereich 50 angeordnet sind kein Wiederherstellen, sondern lediglich Aufarbeiten. Außerdem erfolgt das Wiederaufarbeiten auf Bedarfsbasis. Die Verwendung der Elektrode 62 liefert die Vorteile von EDM und spart erhebliche Bohrzeit, die normalerweise mit dem Bohren der Zumesspassage 60 einhergeht. Somit trägt die Verwendung der Elektrode 62 lediglich vernachlässigbar zum Reparaturaufwand und zur Reparaturzeit bei. Die Elektroden 62 können leicht hergestellt werden und deren Verwendung verringert signifikant die Herstellung.
Hinsichtlich der Aufarbeitung der Zumesspassage 60 des wiederaufzuarbeitenden Diffusionslochs 18 sollte man ferner erkennen, dass, falls irgendwelches überschüssiges Verbindungsbeschichtungsmaterial in der Zumesspassage 60 positioniert ist, ein präzise fokussierter Strom von Abrassivteilchen hoher Geschwindigkeit in die Diffusionspassage 52 eines jeden betroffenen Diffusionslochs 18 getrieben werden kann. Da das abrassive Erodieren von überschüssiger Beschichtung von dem Zumessbereich 52 des Diffusionslochs 18 lediglich dann ausgeführt wird, wenn es erforderlich ist, trägt es nicht signifikant zu den mit der Reparatur einhergehenden Kosten und der Zeit bei.
Nachdem das Wiederherstellen und Wiederaufarbeiten der Diffusionslöcher 18 abgeschlossen ist und die entsprechenden vorbestimmten Luftströmungsanforderungen wiederhergestellt wurden, kann die keramische Deckschicht 75 aufgebracht werden. Wie der Fachmann versteht, kann das Laserbohren der Kühllöcher 16 entweder vor oder nach dem Aufbringen der keramischen Deckschicht erfolgen.
Die keramische Deckschicht 75 kann eine Mischung aus Zirkonoxid und einem Stabilisator, beispielsweise Yttriumoxid (Y₂O₂), Magnesiumoxid (MgO), Calciumoxid (CaO) oder eine Mischung daraus aufweisen. Yttriumoxid ist das bevorzugte Stabilisationsmittel. Die keramische Deckschicht 75 sollte ausreichend Stabilisierungsmittel aufweisen, um eine unerwünschte Zirkonoxidphasenänderung (d. h. eine Änderung von einer bevorzugten tetragonalen oder kubischen Kristallstruktur zu der weniger gewünschten monoklinen Kristallstruktur) im Bereich der Betriebstemperatur, auf die man in einer speziellen Gasturbinenmaschine wahrscheinlich stößt, zu vermeiden. Vorzugsweise weist die keramische Deckschicht 75 eine Mischung aus Zirkonoxid und etwa 3 Gew% bis etwa 25 Gew% Yttriumoxid auf. Besonders bevorzugt weist die abrassive Zirkonoxidbeschichtung etwa 6 Gew% bis etwa 8 Gew% Yttriumoxid oder etwa 11 Gew% bis etwa 13 Gew% Yttriumoxid abhängig von dem beabsichtigten Temperaturbereich auf.
Keramische Deckbeschichtungen, die hier verwendet werden können, sind in den US Patenten der gleichen Anmelderin US 4,321,310 an Ulion et al., 4,321,311 an Strangman, 4,401,697 an Strangman, 4,405,659 an Strangman, 4,405,660 an Ulion et al., 4,414,249 an Ulion et al. Und 5,262,245 an Ulion et al. beschrieben, auf die für weitere Details Bezug genommen wird. Eine säulenförmige keramische Deckschicht 75 kann durch EB-PVD oder irgendein anderes physikalisches Dampfabscheideverfahren, welches bekannt ist, säulenförmige Beschichtungsstrukturen abzuscheiden, abgeschieden werden. Vorzugsweise wird die keramische Deckschicht 75 der vorliegenden Erfindung durch EB-PVD wegen der Verfügbarkeit von EB-PVD Ausrüstung und ausgebildeten Technikern aufgebracht. Die keramische Deckschicht 75 sollte mit einer Dicke aufgebracht werden, die ausreichend ist, eine starke Verbindung mit der Oberfläche, auf der sie aufgebracht ist, zu schaffen. Für die meisten Anwendungen kann die Deckschicht 75 etwa 5 mils bis etwa 50 mils Dicke (0,127–1,27 mm) betragen. Vorzugsweise beträgt die Deckschicht 75 etwa 5 mils bis etwa 25 mils (0,127–0,635 mm) Dicke.
Bei manchen Anwendungen kann es wünschenswert sein, die keramische Deckschicht 75 unter der Verwendung eines thermischen Sprühverfahrens, wie beispielsweise LPPS oder APS aufzubringen. Durch dieses Verfahren aufgebrachte Beschichtungen haben eine poröse Struktur statt der Säulenstruktur, die vorangehend beschrieben wurde.
Dem Abscheiden der keramischen Deckschicht folgend kann die Leitschaufel 10 durch eine Reihe in dem Technikgebiet bekannte Schritte vervollständigt werden. Diese können beinhalten:

• Laseranschweißen von Abdeckungen 36, 42, Anbringen und Anschweißen von Prallelementen
• Plasmasprühen der Außendurchmesser-Hinterkantenschiene 38 und des Außendurchmesser-Vorderkantenflansches 34
• Hämmerarbeitsschritt
• Wasserströmungsinspektion von Hinterkantenschlitzen 86 um Freiheit von Blockage und/oder Einschränkung sicherzustellen
• Luftströmungsinspektion von Kühllöchern 16, 18 im Strömungsprofil 12, den inneren Hohlräumen 24 und den Kühllöchern 72, 74 in Plattformen 8 bzw. 14, um sicherzustellen, dass diese frei von Hindernissen korrekt zugemessen sind.

Andere Schritte, die im Technikgebiet bekannt sind, können wie erforderlich eingeschlossen sein.
Das hier beschriebene Reparaturverfahren liefert ein Verfahren, bei dem ein Turbinenbauteil und insbesondere eine Leitschaufel 10 basierend auf einer lokalen Defektabschätzung repariert wird, einschließlich dem Entfernen der Metallverbindungsbeschichtung und dem Aufarbeiten von Diffusionslöchern, was signifikant Herstellungslaufzeit und Reparaturkosten spart.
Es ist im Umfang der Erfindung und der Fachmann wird verstehen, dass das Wiederherstellen der vorbestimmten Luftströmungserfordernisse der Kühllöcher durch Restaurieren der Kühllöcher zu den ursprünglichen Abmessungen oder Abweichungen davon erreicht werden kann, solange die vorbestimmten Luftströmungserfordernisse der Kühllöcher nach dem Abschluss der Reparatur sichergestellt sind und dem reparierten Gegenstand die erforderlichen Kühlluftströmungsanforderungen geliefert werden.
Wenn die Prinzipien und Verfahren hier zur Verwendung an der Leitschaufel 10 beschrieben werden, ist es offensichtlich für den Fachmann, dass die gleichen Prinzipien und Verfahren auf andere Gegenstände mit Öffnungen angewandt werden können.

Claims

Verfahren zum Reparieren von Defekten in einem Gegenstand, wobei der Gegenstand ein Substrat (58) und eine existierende Beschichtung (44) an einer Oberfläche des Substrats aufweist, wobei der Gegenstand eine erste Mehrzahl von Kühllöchern (18) aufweist, die von dem Substrat und der existierenden Beschichtung weggehen und eine vorbestimmte Luftströmungsanforderung haben, wobei die Mehrzahl von Kühllöchern einen äußeren geformten Bereich (52) und einen inneren Zumessbereich (60) hat, wobei das Verfahren aufweist: Entfernen der existierenden Beschichtung (44); Wiederbeschichten der Oberfläche des Gegenstands mit einer nicht-originalen Beschichtung; Nacharbeiten der Kühllöcher (18), welche ein vorbestimmtes Inspektionskriterium erfüllen, um die überschüssige nicht-originale Beschichtung, die in einem äußeren geformten Bereich (52) der Kühllöcher abgeschieden wurde, unter Verwendung von Elektroentladungsbearbeiten zu entfernen durch: Aufnehmen einer Elektrode (62) mit lediglich einem geformtem Bereich mit einer vorgewählten Gestalt in den äußeren geformten Bereich (62) der Kühllöcher; und Wiederherstellen des äußeren geformten Bereichs (52) der Kühllöcher, um die vorbestimmte Luftströmungsanforderung zu erfüllen.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend: Treiben eines Stroms von abrasiven Teilchen in den inneren Zumessbereich (60) der Mehrzahl von Kühllöchern (18), um übermäßiges nicht-originales Beschichtungsmaterial von den inneren Zumessbereichen der Mehrzahl von Kühllöchern zu entfernen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Gegenstand ferner eine zweite Mehrzahl von Kühllöchern (18) mit einer vorbestimmten Luftströmungsanforderung aufweist, wobei das Verfahren ferner aufweist: Füllen der zweiten Mehrzahl von Kühllöchern mit einem Reparaturmaterial vor dem Wiederbeschichtungsschritt; und Wiederherstellen der Kühllöcher, die mit dem Reparaturmaterial gefüllt sind, um die vorbestimmte Luftströmungsanforderung der zweiten Mehrzahl von Kühllöchern zu erfüllen, unter Verwendung von Elektroentladungsbearbeiten.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die erste und zweite Mehrzahl von Kühllöchern (18) Diffusionslöcher sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die existierende Beschichtung (44) ein Wärmebarrierbeschichtungssystem, aufweisend eine metallische Verbindungsbeschichtung (46) und eine keramische Wärmebarrierenbeschichtung (75) auf der Verbindungsbeschichtung aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Substrat (58) eine Legierung ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus Legierungen auf Kobaltbasis, Legierungen auf Nickelbasis und Legierungen auf Eisenbasis.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Legierung eine Superlegierung auf Nickel- oder Kobaltbasis ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Gegenstand eine Gasturbinenschaufel ist.