EP1976660A1 - Verfahren zur herstellung eines lochs - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines lochs

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Publication number
EP1976660A1
EP1976660A1 EP07712002A EP07712002A EP1976660A1 EP 1976660 A1 EP1976660 A1 EP 1976660A1 EP 07712002 A EP07712002 A EP 07712002A EP 07712002 A EP07712002 A EP 07712002A EP 1976660 A1 EP1976660 A1 EP 1976660A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hole
pulse lengths
longer
laser
shorter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP07712002A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Beck
Silke Settegast
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Chromalloy Gas Turbine Corp
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP14003868.8A priority Critical patent/EP2853338B1/de
Priority to EP13000477.3A priority patent/EP2589457A1/de
Priority to EP07712002A priority patent/EP1976660A1/de
Publication of EP1976660A1 publication Critical patent/EP1976660A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0648—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
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    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
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    • B23K26/0665—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by beam condensation on the workpiece, e.g. for focusing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • B23K26/382—Removing material by boring or cutting by boring
    • B23K26/389—Removing material by boring or cutting by boring of fluid openings, e.g. nozzles, jets

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a hole according to claim 1, wherein by means of pulsed
  • Such turbine components often also include layers, such as e.g. a metallic layer or intermediate layer and / or a ceramic outer layer.
  • the film cooling holes must then be created through the layers and the substrate (casting).
  • US Pat. No. 6,172,331 and US Pat. No. 6,054,673 disclose a laser drilling method for inserting holes in layer systems using ultrashort laser pulse lengths. It is selected from a specific laser pulse length range, a single laser pulse length and thus generates the entire hole.
  • DE 100 63 309 A1 discloses a method for producing a cooling air opening by means of a laser, in which the laser parameters are adjusted so that material is removed by sublimation.
  • U.S. Patent No. 5,939,010 discloses two alternative methods of producing a plurality of holes.
  • a hole is first completely created before the next hole is made.
  • the holes are generated stepwise by first a first portion of a first hole, then a first portion of a second hole, etc. is generated (Fig. 10 of the US-PS).
  • Different pulse lengths can be used in the two methods, but always the same pulse lengths within one of these two methods.
  • the two methods can not be linked.
  • the cross-sectional area of the area to be removed always corresponds to the cross-section of the hole to be produced.
  • U.S. Patent No. 5,073,687 discloses the use of a laser to make a hole in a component made from a
  • Substrate is formed with double-sided copper layer.
  • a hole is first generated by a copper film by means of a longer pulse duration and then by means of shorter pulses a hole in the substrate, consisting of a resin, wherein subsequently a hole through a copper layer on the back with higher output power of the laser is generated.
  • the cross-sectional area of the removed area corresponds to the cross-section of the hole to be produced.
  • US Pat. No. 6,479,788 B1 discloses a method for producing a hole in which longer pulse lengths are used in a first step than in a further step.
  • the pulse duration is varied here in order to produce the best possible rectangular shape in the hole.
  • the cross-sectional area of the beam is also increased as the pulse length decreases.
  • the object is achieved by a method according to claim 1, in which different pulse lengths and for longer pulse lengths pulse lengths of> 0.4 ms are used. It is particularly advantageous if shorter pulses are used in only one of the first removal steps in order to produce optimum properties in an outer upper region of the separation surface, since these are decisive for the outflow behavior of a medium out of the hole and for the flow around a medium around this hole , Inside the hole, the properties of the interface are rather uncritical, so that longer pulses can be used there, which can cause inhomogeneous interfaces.
  • FIG. 1 shows a hole in a substrate
  • FIG. 2 shows a hole in a layer system
  • FIG. 3 shows a plan view of a through hole to be produced
  • FIGS. 4 to 11 removal steps of the method according to the invention
  • FIGS. 12-15 are apparatuses for carrying out the method
  • FIG. 16 shows a gas turbine
  • Figure 18 is a combustion chamber. Description of the component with hole
  • FIG. 1 shows a component 1 with a hole 7.
  • the component 1 consists of a substrate 4 (for example a casting or DS or SX component).
  • the substrate 4 may be metallic and / or ceramic. Particularly in the case of turbine components, such as turbine runners or guide vanes 130 (FIGS. 16, 17), heat shield elements 155 (FIG. 18) and other housing parts of a steam or gas turbine 100 (FIG. 16), but also of an aircraft turbine, the substrate consists 4 made of a nickel-, cobalt- or iron-based superalloy. In turbine blades for aircraft, the substrate 4 is made of, for example, titanium or a titanium-based alloy.
  • the substrate 4 has a hole 7, which is preferably a through hole. But it can also be a blind hole.
  • the hole 7 consists of a lower portion 10, which starts from an inner side of the component 1 and which is preferably formed symmetrically (for example, circular, oval or rectangular), and an upper portion 13, optionally as a diffuser 13 on an outer surface 14 of the substrate 4 is formed.
  • the diffuser 13 is a broadening of the cross section with respect to the lower portion 10 of the hole 7.
  • the hole 7 is, for example, a film cooling hole.
  • the inner surface 12 of the diffuser 13, ie in the upper region of the hole 7, should be smooth, because unevenness undesirable turbulence, deflections generate to allow an optimal outflow of a medium, in particular a cooling medium from the hole 7.
  • Figure 2 shows a component 1, which is designed as a layer system.
  • At least one layer 16 is present on the substrate 4.
  • This may be, for example, a metallic alloy of the type MCrAlX, where M is at least one element of the group
  • the layer 16 may also be ceramic.
  • the component 1 is a layer system in which on the MCrAlX layer 16 'still another layer 16' 'is present, for example, a ceramic layer as a thermal barrier coating.
  • the thermal barrier coating 16 is, for example, a completely or partially stabilized zirconium oxide layer, in particular an EB-PVD layer or plasma-sprayed (APS, LPPS, VPS), HVOF or CGS (cold gas spraying) layer.
  • FIG. 3 shows a plan view of a hole 7.
  • the lower portion 10 could be made by a machining process. By contrast, this would not be possible with the diffuser 13 or only with great effort.
  • the hole 7 can also extend at an acute angle to the surface 14 of the component 1.
  • FIGS 4, 5 and 6 show removal steps of the method according to the invention.
  • energy beams 22 having different pulse lengths are used during the process.
  • the energy beam may be an electron beam, laser beam or high pressure water jet. In the following, only an example of the use of a laser will be discussed.
  • tpuls ⁇ preferably less than or equal to 500ns, in particular less than 100ns used. Pulse lengths in the range of picoseconds or femtoseconds can also be used.
  • a first portion of the hole 7 in the component 1 is generated. This can for example at least partially or completely correspond to the diffuser 13 (FIGS. 6, 9).
  • the diffuser 13 is mostly arranged in a ceramic layer.
  • a shorter pulse length is used to produce the entire diffuser 13.
  • a constant shorter pulse length is used to produce the diffuser 13.
  • the time for producing the diffuser 13 in the method corresponds, for example, to the first removal steps.
  • the diffuser 13 is traveled meandering along a travel line 9, for example, in order to remove material in one plane (step FIG. 4 according to FIG. 6).
  • laser pulse lengths greater than 0.4ms, more preferably greater than 0.5ms, and most preferably up to 10ms, are used to fill the remaining lower portion 10 of the hole generate, as shown in Figure 1 or 2.
  • the diffuser 13 is located at least for the most part in a ceramic layer 16 '', but may also extend into a metallic intermediate layer 16 'and / or into the metallic substrate 4, so that even metallic material is also partially removed with shorter pulse lengths can.
  • pulse lengths are used.
  • Production of the lower region 10 corresponds in the process to the last removal steps.
  • the at least one laser 19, 19 ', 19''with its laser beams 22, 22', 22 '', for example, not in the plane 43 moves back and forth. Since the energy due to the heat conduction in the material of the layer 16 or the substrate 4 is distributed and new energy is added by each laser pulse material is removed by material evaporation over a large area material in such a way that the surface in which the material is removed, about the Cross-sectional area A of the produced through-hole 7, 10 corresponds. This cross-sectional area can be adjusted via the energy output and pulse duration as well as the guidance (position of the focus at a horizontal distance from the surface 14) of the laser beam 22.
  • the laser pulse lengths of a single laser 19 or a plurality of lasers 19 ', 19 may, for example, be changed continuously, for example from the beginning to the end of the method.
  • the process begins with the removal of material at the outer surface 14 and ends upon reaching the desired depth of the hole 7.
  • the material is progressively stratified in planes 11 (FIG. 6) and in an axial direction 15.
  • the pulse lengths can also be changed discontinuously. Preferably, only two different pulse lengths are used during the process. In the case of the shorter pulse lengths (for example ⁇ 500 ms), the at least one laser 19, 19 'is moved and, for example, 0.4 ms for the longer pulse lengths, because the energy input anyway occurs over a larger area than the cross section of the energy input Laser beam corresponds.
  • the shorter pulse lengths for example ⁇ 500 ms
  • the at least one laser 19, 19 ' is moved and, for example, 0.4 ms for the longer pulse lengths, because the energy input anyway occurs over a larger area than the cross section of the energy input Laser beam corresponds.
  • the output power of the laser 19, 19 ', 19' ' for example, constant.
  • an output power of the laser 19, 19 'of less than 300 watts is used.
  • a laser 19, 19 'having a wavelength of 532 nm is used only to produce shorter laser pulses.
  • the shorter pulse lengths have an energy in the single-digit or two-digit millijoule range (mJ), preferably in the single-digit millij oule range, wherein the used
  • Performance is mostly in the single-digit kilowatt range.
  • a first laser 19 'can generate laser pulse lengths less than or equal to 500ns, in particular less than 100ns
  • a second laser 19''can generate laser pulse lengths greater than 100ns, in particular greater than 500ns.
  • the first laser 19 ' is first inserted.
  • the second laser 19 is then used or vice versa.
  • a laser 19 In the production of the through hole 7, only one laser 19 can be used.
  • a laser 19 is used, which for example has a wavelength of 1064 nm and which can generate both the longer and the shorter laser pulses.
  • FIG. 7 shows a cross section through a hole 7.
  • rough machining with laser pulse lengths greater than 100 ns, in particular greater than 500 ns, and fine machining with laser pulse lengths less than or equal to 500 ns, in particular less than or equal to 100 ns first take place.
  • the lower portion 10 of the hole 7 is completed and only a portion of the diffuser 13 is largely with a
  • Laser 19 the laser pulse lengths greater than 100ns, in particular greater than 500ns has processed (first removal steps).
  • first removal steps For the completion of the hole 7 or of the diffuser 13, only a thin outer edge region 28 in the region of the diffuser 13 has to be processed by means of a laser 19, 19 ', 19 "which can produce laser pulse lengths less than or equal to 500 ns, in particular less than 100 ns ( last removal steps).
  • the laser beam 22, 22 ', 22'' is preferably moved.
  • FIG. 8 shows a plan view of a hole 7 of the component 1.
  • the various lasers 19, 19 ', 19 "or the different laser pulse lengths of these lasers 19, 19', 19" are used in different removal steps.
  • the contour 29 of the diffuser 13 is thus produced with shorter laser pulses, whereby the outer edge region 28 is removed finer and more precisely and is therefore free of cracks and fusions.
  • the material is removed, for example, in a plane 11 (perpendicular to the axial direction 15).
  • the cross-section A of the region to be removed can be constantly reduced down to A 'in the production of the hole 7 into the depth of the substrate 4, so that the outer edge region 28 is reduced in comparison to FIG. 7 (FIG. 9). This is done by adjusting energy and pulse duration.
  • the methods can be applied to newly manufactured components 1, which were poured for the first time.
  • the process can be used with components to be reprocessed 1.
  • Refurbishment means that components 1 that were in use, for example, are separated from layers and repaired, such as e.g. Filling of cracks and removal of oxidation and corrosion products can be recoated.
  • impurities or coating material which has been applied again (FIG. 11) and has entered the holes 7 are removed with a laser 19, 19 '.
  • special formations (diffuser) in the layer area are newly produced after re-coating during work-up.
  • FIG. 11 shows the refurbishment of a
  • the areas lying deeper in the region 10 of the hole 7 can be processed with a laser having laser pulse lengths greater than 100 ns, in particular greater than 500 ns. These areas are labeled 25.
  • the more critical edge region 28, for example in the region of the diffuser 13, on which contamination is present, is processed with a laser 19 'having laser pulse lengths less than or equal to 500 ns, in particular less than 100 ns.
  • Figures 12 to 15 show exemplary devices 40, in particular to perform the inventive method.
  • the devices 40 consist of at least one optic 35, 35 ', in particular at least one lens 35, 35', which directs at least one laser beam 22, 22 ', 22' 'onto the substrate 4 in order to produce the hole 7.
  • the laser beams 22, 22 ', 22' ' can be guided via mirrors 31, 33 to the optics 35, 35'.
  • the mirrors 31, 33 are displaceable or rotatable so that, for example, only one laser 19 ', 19' 'can transmit its laser beams 22' or 22 '' to the component 1 via the mirrors 31 or 33 and the lens 35.
  • the component 1, 120, 130, 155 or the optics 35, 35 'or the mirrors 31, 33 are movable in one direction 43, so that the laser beam 22, 22' is moved over the component 1, for example according to FIG.
  • the lasers 19, 19 ', 19' ' may, for example, have a wavelength of either 1064 nm or 532 nm.
  • the lasers 19 ', 19' 'can have different wavelengths: 1064nm and 532nm.
  • pulse length for example, the laser 19 'can be set to pulse lengths of 0.1 to 5 ms; however, the laser 19 'on pulse lengths of 50 - 500ns.
  • FIG. 12 shows two lasers 19 ', 19'', two mirrors 31, 33 and an optic in the form of a lens 35.
  • the first laser 19 ' is coupled in with the shorter laser pulse lengths.
  • the first laser 19 ' is decoupled by movement of the mirror 31, and the second laser 19 "is coupled in by its movement of the mirror 33 with its longer laser pulse lengths.
  • FIG. 13 shows a similar device as in FIG. 12, but here two optics, here for example two lenses 35, 35 ', are present which allow the laser beams 22', 22 "of the lasers 19 ', 19" to be different Areas 15, 28 of the component 1, 120, 130, 155 are directed simultaneously.
  • two optics here for example two lenses 35, 35 '
  • the laser beam 22 ' may be directed to a first location of this envelope-shaped region 28 and to a second location diametrically opposite the first location such that the processing time is significantly shortened.
  • the optics 35 for the first laser beams 22 'and the second optics 35' for the second laser beams 22 can be used.
  • the lasers 19 ', 19 "could be used sequentially or simultaneously with the same or different laser pulse lengths.
  • FIG. 14 there are no lenses in the form of lenses, but only mirrors 31, 33 which hold the laser beams 22 ', 22 ". to steer on the component 1 and be used by movement that at least laser beam 22 ', 22''is moved in a plane over the component.
  • the lasers 19 ', 19 " can also be used simultaneously here.
  • the lasers 19 ', 19 "could be used sequentially or simultaneously with the same or different laser pulse lengths.
  • FIG. 15 shows a device 40 with only one laser 19, in which the laser beam 22 is directed onto a component 1, for example via a mirror 31.
  • the laser beam 22 is moved, for example, by movement of the mirror 31 over the surface of the component 1. This is necessary when using shorter laser pulse lengths. With the longer laser pulse lengths, the laser beam 22 does not necessarily have to be moved so that the mirror 31 is not moved, as in the process stage.
  • one lens or two lenses 35, 35 ' can also be used in the device according to FIG. 15 in order to simultaneously direct the laser beam to different regions 25, 28 of the component 1, 120, 130, 155.
  • FIG. 16 shows by way of example a gas turbine 100 in a longitudinal partial section.
  • the gas turbine 100 has inside a to a
  • Rotation axis 102 rotatably mounted rotor 103 with a shaft
  • a compressor 105 for example, a torus-like
  • Combustion chamber 110 in particular annular combustion chamber, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the
  • the annular combustion chamber 110 communicates with an annular annular hot gas channel 111, for example.
  • annular annular hot gas channel 111 for example.
  • turbine stages 112 form the
  • Each turbine stage 112 is, for example, two
  • Shovel rings formed. As seen in the flow direction of a working medium 113 follows in the hot gas channel 111 a
  • the guide vanes 130 are fastened to an inner housing 138 of a stator 143, whereas the moving blades 120 of a row 125 are attached to the rotor 103 by means of a turbine disk 133, for example.
  • air 105 is sucked in and compressed by the compressor 105 through the intake housing 104.
  • the compressed air provided at the turbine-side end of the compressor 105 is supplied to the burners 107 where it is mixed with a fuel.
  • the mixture is then burned to form the working fluid 113 in the combustion chamber 110. From there it flows Working fluid 113 along the hot gas channel 111 past the vanes 130 and the blades 120. On the blades 120, the working fluid 113 relaxes momentum transfer, so that the blades 120 drive the rotor 103 and this the machine coupled to him.
  • the components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal loads during operation of the gas turbine 100.
  • Blades 120 of the first turbine stage 112 seen in the direction of flow of the working medium 113 are subjected to the greatest thermal stress in addition to the heat shield elements lining the annular combustion chamber 110. To withstand the prevailing temperatures, they can be cooled by means of a coolant.
  • substrates of the components may have a directional structure, i. they are monocrystalline (SX structure) or have only longitudinal grains (DS structure). As a material for the components, in particular for the
  • Turbine blades 120, 130 and components of the combustion chamber 110 are used, for example, iron-, nickel- or cobalt-based superalloys.
  • Such superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949; These documents are part of the disclosure regarding the chemical composition of the alloys.
  • the vane 130 has a guide vane foot (not shown here) facing the inner housing 138 of the turbine 108 and a vane head opposite the vane foot.
  • the vane head faces the rotor 103 and fixed to a mounting ring 140 of the stator 143.
  • FIG. 17 shows a perspective view of a moving blade 120 or guide blade 130 of a turbomachine that extends along a longitudinal axis 121.
  • the turbomachine may be a gas turbine of an aircraft or a power plant for power generation, a steam turbine or a compressor.
  • the blade 120, 130 has along the longitudinal axis 121 consecutively a fastening region 400, a blade platform 403 adjacent thereto and an airfoil 406 and a blade tip 415.
  • the blade 130 may have at its blade tip 415 another platform (not shown).
  • a blade root 183 is formed, which serves for attachment of the blades 120, 130 to a shaft or a disc (not shown).
  • the blade root 183 is designed, for example, as a hammer head. Other designs as Christmas tree or Schwalbenschwanzfuß are possible.
  • the blade 120, 130 has a leading edge 409 and a trailing edge 412 for a medium flowing past the blade 406.
  • Such superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949; These documents are part of the disclosure regarding the chemical composition of the alloy.
  • the blade 120, 130 can in this case by a casting process, also by means of directional solidification, by a Schmiedever- drive, be made by a Fras vide or combinations thereof.
  • Workpieces with a monocrystalline structure or structures are used as components for machines which are exposed to high mechanical, thermal and / or chemical stresses during operation.
  • Such monocrystalline workpieces takes place e.g. by directed solidification from the melt.
  • These are casting processes in which the liquid metallic alloy is transformed into a monocrystalline structure, i. to the single-crystal workpiece, or directionally solidified.
  • dendritic crystals are aligned along the warm flow and form either a prismatic crystalline grain structure (columnar, i.e. grains extending throughout the length of the work piece and here, in common parlance, referred to as directionally solidified) or a monocrystalline structure, i. the whole work consists of a single crystal.
  • Structures are also called directionally solidified structures.
  • the blades 120, 130 may have coatings against corrosion or oxidation, e.g. M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare ones Earth, or hafnium (Hf)).
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni)
  • X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon and / or at least one element of the rare ones Earth, or hafnium (Hf)).
  • Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1, which should be part of this disclosure with regard to the chemical composition of the alloy.
  • the density is preferably 95% of the theoretical density.
  • thermal barrier coating which is preferably the outermost layer, and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttria and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • the thermal barrier coating covers the entire MCrAlX layer.
  • suitable coating methods e.g. Electron beam evaporation (EB-PVD) produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
  • Other coating methods are conceivable, e.g. atmospheric plasma spraying (APS), LPPS, VPS or CVD.
  • the thermal barrier coating may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.
  • the thermal barrier coating is therefore preferably more porous than the MCrAlX layer.
  • FIG. 18 shows a combustion chamber 110 of the gas turbine 100.
  • the combustion chamber 110 is configured, for example, as a so-called annular combustion chamber, in which a multiplicity of burners 107 arranged around a rotation axis 102 in the circumferential direction open into a common combustion chamber space 154, which generate flames 156.
  • the combustion chamber 110 is configured in its entirety as an annular structure, which is positioned around the axis of rotation 102 around.
  • the combustion chamber 110 is designed for a comparatively high temperature of the working medium M of about 1000 ° C. to 1600 ° C.
  • the combustion chamber wall 153 is provided on its side facing the working medium M with an inner lining formed from heat shield elements 155.
  • the 110 may also be provided for the heat shield elements 155 and for their holding elements, a cooling system.
  • the heat shield elements 155 are then hollow, for example, and may still have cooling holes (not shown) which open into the combustion chamber space 154 and are produced by the method according to the invention.
  • Each heat shield element 155 made of an alloy is equipped on the working medium side with a particularly heat-resistant protective layer (MCrAlX layer and / or ceramic coating) or is made of high-temperature-resistant material (solid ceramic blocks).
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or Silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf).
  • MCrAlX means: M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or Silicon and / or at least one element of the rare earths, or hafnium (Hf).
  • Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1, which should
  • MCrAlX may still be present, for example, a ceramic thermal barrier coating and consists for example of ZrC> 2, Y2 ⁇ 3-ZrC> 2, i. it is not, partially or completely stabilized by yttrium oxide and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • Electron beam evaporation produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
  • Other coating methods are conceivable, e.g. atmospheric plasma spraying (APS), LPPS, VPS or CVD.
  • the thermal barrier coating may have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.
  • Refurbishment means that turbine blades 120, 130, heat shield elements 155 may need to be deprotected (e.g., by sandblasting) after use. This is followed by removal of the corrosion and / or oxidation layers or products. Optionally, cracks in the turbine blade 120, 130 or the heat shield element 155 are also repaired. This is followed by a re-coating of the turbine blades 120, 130, heat shield elements 155 and a renewed use of the turbine blades 120, 130 or the heat shield elements 155.

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Abstract

Bisherige Verfahren zur Erzeugung eines Lochs in einem Bauteil sind sehr zeitaufwändig und kostenintensiv, da spezielle Laser mit kurzen Laserpulslängen verwendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren variiert die Laserpulslängen, wobei kurze Laserpulslängen nur in dem zu entfernenden Bereich verwendet werden, in dem sich ein Einfluss auf das Durch- bzw. Ausströmungsverhalten bemerkbar macht, und längere Pulslängen von > 0.4ms verwendet wird. Dies ist z.B. die innere Oberfläche (12) eines Diffusors (13) eines Lochs (7), das mit kurzen Laserpulslängen sehr genau hergestellt werden kann.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Lochs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Lochs gemäß Anspruch 1, bei dem mittels gepulster
Energiestrahlen in einem Bauteil ein Loch erzeugt wird.
Bei vielen Bauteilen, insbesondere bei Gussteilen, müssen nachträglich Abtragungen wie Vertiefungen oder Durchgangslö- eher erzeugt werden. Insbesondere bei Turbinenbauteilen, die zur Kühlung Filmkühllöcher aufweisen, werden nach der Herstellung des Bauteils Löcher nachträglich eingefügt.
Solche Turbinenbauteile weisen oft auch Schichten auf, wie z.B. eine metallische Schicht oder Zwischenschicht und/oder eine keramische äußere Schicht. Die Filmkühllöcher müssen dann durch die Schichten und das Substrat (Gussteil) hindurch erzeugt werden.
Die US-PS 6,172,331 sowie die US-PS 6,054,673 offenbaren eine Laserbohrmethode, um in Schichtsystemen Löcher einzufügen, wobei ultrakurze Laserpulslängen verwendet werden. Es wird aus einem bestimmten Laserpulslängenbereich eine einzige Laserpulslänge ausgesucht und damit das gesamte Loch erzeugt.
Die DE 100 63 309 Al offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Kühlluftöffnung mittels eines Lasers, bei dem die Laserparameter so eingestellt werden, dass Material durch Sublimieren abgetragen wird.
Die US-PS 5,939,010 offenbart zwei alternative Verfahren zur Erzeugung einer Vielzahl von Löchern. Bei dem einen Verfahren (Fig. 1, 2 der US-PS) wird zuerst vollständig ein Loch er- zeugt, bevor das nächste Loch erzeugt wird. In dem zweiten Verfahren werden die Löcher schrittweise erzeugt, indem zuerst ein erster Teilbereich eines ersten Lochs, dann ein erster Teilbereich eines zweiten Lochs usw. erzeugt wird (Fig. 10 der US-PS) . Dabei können bei den zwei Verfahren unterschiedliche Pulslängen verwendet werden, aber immer die gleichen Pulslängen innerhalb eines dieser beiden Verfahren. Die zwei Verfahren können nicht miteinander verknüpft werden. Die Querschnittsfläche des abzutragenden Bereichs entspricht immer dem Querschnitt des herzustellenden Lochs.
Die US-PS 5,073,687 offenbart die Verwendung eines Lasers zur Herstellung eines Lochs in einem Bauteil, das aus einem
Substrat mit beidseitiger Kupferschicht gebildet ist. Dabei wird zuerst mittels längerer Pulsdauer ein Loch durch einen Kupferfilm erzeugt und dann mittels kürzerer Pulse ein Loch in dem Substrat, bestehend aus einem Harz, wobei anschließend ein Loch durch eine Kupferschicht auf der Rückseite mit höherer Ausgangsleistung des Lasers erzeugt wird. Die Querschnittsfläche des abgetragenen Bereichs entspricht dem Querschnitt des herzustellenden Lochs.
Die US-PS 6,479,788 Bl offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Lochs, bei dem in einem ersten Schritt längere Pulslängen verwendet werden als in einem weiteren Schritt. Die Pulsdauer wird hier variiert, um eine möglichst gute Rechteckform im Loch herzustellen. Dabei wird auch die Quer- schnittsfläche des Strahls bei abnehmender Pulslänge vergrößert.
Die Verwendung von ultrakurzen Laserpulsen ist wegen deren geringen mittleren Leistungen sehr zeitintensiv und daher teuer.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung dieses Problem zu überwinden .
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem verschiedene Pulslängen und für längere Pulslängen Pulslängen von > 0.4ms verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn nur in einem der ersten Abtragungsschritte kürzere Pulse verwendet werden, um optimale Eigenschaften in einem äußeren Oberbereich der Trennfläche zu erzeugen, da diese entscheidend sind für das Ausströmverhalten eines Mediums aus dem Loch sowie für das Umströmverhalten eines Mediums um dieses Loch. Im Inneren des Lochs sind die Eigenschaften der Trennfläche eher unkritisch, sodass dort längere Pulse verwendet werden können, die inhomogene Trennflächen verursachen können.
In den Unteransprüchen des Verfahrens sind weitere vorteilhafte Maßnahmen des Verfahrens oder der Vorrichtung aufgelistet . Die in den Unteransprüchen aufgelisteten Maßnahmen können in vorteilhafter Art und Weise miteinander kombiniert werden.
Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen Figur 1 ein Loch in einem Substrat,
Figur 2 ein Loch in einem Schichtsystem,
Figur 3 eine Draufsicht auf ein herzustellendes Durchgangsloch,
Figur 4 bis 11 Abtragungsschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur 12 - 15 Apparaturen, um das Verfahren durchzuführen,
Figur 16 eine Gasturbine,
Figur 17 eine Turbinenschaufel und
Figur 18 eine Brennkammer. Beschreibung des Bauteils mit Loch
Figur 1 zeigt ein Bauteil 1 mit einem Loch 7. Das Bauteil 1 besteht aus einem Substrat 4 (beispielsweise ein Gussteil oder DS bzw. SX - Bauteil) .
Das Substrat 4 kann metallisch und/oder keramisch sein. Insbesondere bei Turbinenbauteilen, wie z.B. Turbinenlauf- 120 oder -leitschaufeln 130 (Fig. 16, 17), Hitzeschildelementen 155 (Fig. 18) sowie anderen Gehäuseteilen einer Dampf- oder Gasturbine 100 (Figur 16), aber auch einer Flugzeugturbine, besteht das Substrat 4 aus einer nickel-, kobalt- oder eisenbasierten Superlegierung. Bei Turbinenschaufeln für Flugzeuge besteht das Substrat 4 beispielsweise aus Titan oder einer Titan-Basislegierung. Das Substrat 4 weist ein Loch 7 auf, das vorzugsweise ein Durchgangsloch ist. Es kann aber auch ein Sackloch sein. Das Loch 7 besteht aus einem unteren Bereich 10, der von einer Innenseite des Bauteils 1 ausgeht und der vorzugsweise symmetrisch (beispielsweise kreis-, oval- oder rechteckförmig) ausgebildet ist, und einem oberen Bereich 13, der gegebenenfalls als Diffusor 13 an einer äußeren Oberfläche 14 des Substrats 4 ausgebildet ist. Der Diffusor 13 stellt eine Verbreiterung des Querschnitts gegenüber dem unteren Bereich 10 des Lochs 7 dar. Das Loch 7 ist z.B. ein Filmkühlloch. Insbesondere die innen liegende Oberfläche 12 des Diffusors 13, also im oberen Bereich des Lochs 7, soll glatt sein, weil Unebenheiten unerwünschte Turbulenzen, Umlenkungen erzeugen, um ein optimales Ausströmen eines Mediums, insbesondere eines Kühlmediums aus dem Loch 7 zu ermöglichen. An die Qualität der Lochoberfläche im unteren Bereich 10 des Lochs 7 werden deutlich geringere Anforderungen gestellt, da das Anströmverhalten hierdurch nur wenig beeinflusst wird. Figur 2 zeigt ein Bauteil 1, das als Schichtsystem ausgeführt ist .
Auf dem Substrat 4 ist zumindest eine Schicht 16 vorhanden. Dies kann beispielsweise eine metallische Legierung des Typs MCrAlX sein, wobei M für zumindest ein Element der Gruppe
Eisen, Kobalt oder Nickel steht. X steht für Yttrium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden. Die Schicht 16 kann auch keramisch sein.
Vorzugsweise ist das Bauteil 1 ein Schichtsystem, bei dem auf der MCrAlX-Schicht 16' noch eine weitere Schicht 16'' vorhanden ist, beispielsweise eine keramische Schicht als eine Wärmedämmschicht . Die Wärmedämmschicht 16'' ist beispielsweise eine vollständig oder teilstabilisierte Zirkonoxidschicht, insbesondere eine EB-PVD-Schicht oder plasmagespritzte (APS, LPPS, VPS), HVOF oder CGS (cold gas spraying) Schicht.
In dieses Schichtsystem 1 wird ebenfalls ein Loch 7 mit dem unteren Bereich 10 und dem Diffusor 13 eingebracht.
Die nachstehenden Ausführungen zur Herstellung des Lochs 7 gelten für Substrate 4 mit und ohne Schicht 16 oder Schichten 16' , 16" .
Die Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf ein Loch 7. Der untere Bereich 10 könnte durch ein spanendes Fertigungsverfahren hergestellt werden. Hingegen wäre dies bei dem Diffusor 13 nicht oder nur mit sehr großem Aufwand möglich .
Das Loch 7 kann auch unter einem spitzen Winkel zur Oberfläche 14 des Bauteils 1 verlaufen. Verfahren
Die Figuren 4, 5 und 6 zeigen Abtragungsschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens . Erfindungsgemäß werden Energiestrahlen 22 mit verschiedenen Pulslängen während des Verfahrens verwendet.
Der Energiestrahl kann ein Elektronenstrahl, Laserstrahl oder Hochdruckwasserstrahl sein. Im Folgenden wird nur exemplarisch auf den Einsatz eines Lasers eingegangen.
Insbesondere bei einem der ersten Abtragungsschritte werden kürzere Pulslängen (tpuls <<) vorzugsweise kleiner gleich 500ns, insbesondere kleiner gleich 100ns verwendet. Es können auch Pulslängen im Bereich von Pikosekunden oder Femtosekunden verwendet werden.
Bei der Verwendung von kürzeren Pulslängen kleiner gleich 500ns (Nanosekunden) , insbesondere kleiner gleich 100ns finden nahezu keine Aufschmelzungen im Bereich der Trennfläche statt. Somit bilden sich auf der Innenfläche 12 des Diffusors 13 keine Risse aus und exakte, ebene Geometrien können so erzeugt werden. Die kürzeren Pulslängen sind alle zeitlich kürzer als die längeren Pulslängen.
In einem der ersten Abtragungsschritte wird ein erster Teilbereich des Lochs 7 in dem Bauteil 1 erzeugt. Dieser kann beispielsweise zumindest teilweise oder ganz dem Diffusor 13 entsprechen (Fig. 6, 9) . Der Diffusor 13 ist größtenteils in einer keramischen Schicht angeordnet. Insbesondere wird zur Erzeugung des gesamten Diffusors 13 eine kürzere Pulslänge verwendet. Insbesondere wird zur Erzeugung des Diffusors 13 eine konstante kürzere Pulslänge verwendet. Die Zeit zur Herstellung des Diffusors 13 entspricht im Verfahren beispielsweise den ersten Abtragungsschritten.
Bei der Erzeugung des Diffusors 13 wird ein Laser 19, 19', 19'' mit seinen Laserstrahlen 22, 22', 22'' vorzugsweise in einer lateralen Ebene 43 hin und her verfahren, wie es beispielsweise in Figur 5 dargestellt ist. Der Diffusor 13 wird entlang einer Verfahrlinie 9 beispielsweise mäanderförmig abgefahren, um hier Material in einer Ebene abzutragen (Schritt Fig. 4 nach Fig. 6) .
Vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, wenn eine metallische Zwischenschicht 16' oder das Substrat 4 erreicht wird, werden längere Laserpulslängen (tpuls >) größer 0.4ms, insbesondere größer 0.5ms und insbesondere bis 10ms, verwendet, um den restlichen unteren Bereich 10 des Lochs zu erzeugen, wie er in Figur 1 oder 2 dargestellt ist. Der Diffusor 13 befindet sich zumindest größtenteils in einer keramischen Schicht 16'', kann sich aber auch in eine metallische Zwischenschicht 16' und/oder in das metallische Substrat 4 hinein erstrecken, so dass auch metallisches Material auch noch zum Teil mit kürzeren Pulslängen abgetragen werden kann.
Insbesondere werden zur Erzeugung des unteren Bereichs 10 des Lochs 7 größtenteils oder vollständig längere, insbesondere zeitlich konstante, Pulslängen verwendet. Die Zeit zur
Herstellung des unteren Bereichs 10 entspricht im Verfahren den letzten Abtragungsschritten.
Bei der Verwendung von längeren Laserpulsen wird der zumindest eine Laser 19, 19', 19'' mit seinen Laserstrahlen 22, 22', 22'' beispielsweise nicht in der Ebene 43 hin und her bewegt. Da sich die Energie aufgrund der Wärmeleitung in dem Material der Schicht 16 oder des Substrats 4 verteilt und durch jeden Laserpuls neue Energie hinzugefügt wird, wird durch Materialverdampfung großflächig Material in der Weise abgetragen, dass die Fläche, in der das Material abgetragen wird, ungefähr der Querschnittsfläche A des herzustellenden Durchgangslochs 7, 10 entspricht. Diese Querschnittsfläche kann über die Energieleistung und Pulsdauer sowie die Führung (Lage des Fokus im horizontalem Abstand zur Oberfläche 14) des Laserstrahls 22 eingestellt werden. Die Laserpulslängen eines einzigen Lasers 19 oder mehrerer Laser 19', 19'' können beispielsweise kontinuierlich verändert werden, beispielsweise vom Beginn bis zum Ende des Verfahrens. Das Verfahren beginnt mit der Abtragung von Material an der äußeren Oberfläche 14 und endet bei Erreichen der gewünschten Tiefe des Lochs 7.
Das Material wird beispielsweise schichtweise in Ebenen 11 (Fig. 6) und in einer Axialrichtung 15 fortschreitend abgetragen .
Ebenso können die Pulslängen auch diskontinuierlich verändert werden. Vorzugsweise werden nur zwei verschiedene Pulslängen während des Verfahrens verwendet. Bei den kürzeren Pulslängen (beispielsweise ≤ 500ms) wird der zumindest eine Laser 19, 19' verfahren und bei den längeren Pulslängen (beispielsweise 0,4ms) beispielsweise nicht, weil durch Wärmeleitung der Energieeintrag ohnehin über eine größere Fläche erfolgt, als es dem Querschnitt des Laserstrahls entspricht.
Während der Bearbeitung kann der restliche Teil der
Oberfläche mit einer Pulverschicht, insbesondere mit einer Maskierung gemäß der EP 1 510 593 Al geschützt werden. Die Pulver (BN, ZrÜ2) und die Korngrößenverteilung gemäß der EP 1 510 593 Al sind Teil dieser Offenbarung für die Verwendung einer Maskierung.
Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn ein metallisches Substrat oder ein Substrat mit metallischer Schicht bearbeitet wird, das noch keine keramische Schicht aufweist.
Laserparameter
Bei der Verwendung von Pulsen mit einer bestimmten Pulslänge ist die Ausgangsleistung des Lasers 19, 19', 19'' beispielsweise konstant.
Bei den längeren Pulslängen wird eine Ausgangsleistung des
Lasers 19, 19', 19'' von mehreren 100 Watt, insbesondere 500
Watt verwendet.
Bei den kürzeren Laserpulslängen wird eine Ausgangsleistung des Lasers 19, 19' von kleiner 300 Watt verwendet.
Ein Laser 19, 19' mit einer Wellenlänge von 532 nm wird beispielsweise nur zur Erzeugung kürzerer Laserpulse verwendet .
Bei den längeren Laserpulslängen werden insbesondere eine Laserpulsdauer von >0,4ms insbesondere bis 1.2ms und eine
Energie (Joule) des Laserpulses von 6J bis 21J, insbesondere
> 10J verwendet, wobei eine Leistung (Kilowatt) von 10kW bis
50kW, insbesondere 20kW bevorzugt wird.
Die kürzeren Pulslängen weisen eine Energie im einstelligen oder zweistelligen Millij oule-Bereich (mJ) auf, vorzugsweise im einstelligen Millij oule-Bereich, wobei die verwendete
Leistung insbesondere meist im einstelligen Kilowattbereich liegt .
Anzahl Laser
Bei dem Verfahren können ein Laser 19 bzw. zwei oder mehr Laser 19', 19'' verwendet werden, die gleichzeitig oder nacheinander eingesetzt werden. Die ähnlichen oder verschiedenen Laser 19, 19', 19'' weisen beispielsweise verschiedene Bereiche hinsichtlich ihrer Laserpulslängen auf. So kann z.B. ein erster Laser 19' Laserpulslängen kleiner gleich 500ns, insbesondere kleiner 100ns erzeugen und ein zweiter Laser 19'' Laserpulslängen größer 100ns, insbesondere größer 500ns erzeugen. Zur Erzeugung eines Lochs 7 wird zuerst der erste Laser 19' eingesetzt. Für die weitere Bearbeitung wird dann der zweite Laser 19'' verwendet oder umgekehrt.
Bei der Herstellung des Durchgangslochs 7 kann auch nur ein Laser 19 verwendet werden. Insbesondere wird ein Laser 19 verwendet, der beispielsweise eine Wellenlänge von 1064nm aufweist und der sowohl die längeren als auch die kürzeren Laserpulse erzeugen kann.
Abfolge der herzustellenden Lochbereiche
Figur 7 zeigt einen Querschnitt durch ein Loch 7. Hier erfolgt zuerst eine Grobbearbeitung mit Laserpulslängen größer als 100ns, insbesondere größer 500ns und eine Feinbearbeitung mit Laserpulslängen kleiner gleich 500ns, insbesondere kleiner gleich 100ns. Der untere Bereich 10 des Lochs 7 wird vollständig und nur ein Bereich des Diffusors 13 wird größtenteils mit einem
Laser 19, der Laserpulslängen größer als 100ns, insbesondere größer gleich 500ns aufweist, bearbeitet (erste Abtragungsschritte) . Zur Fertigstellung des Lochs 7 bzw. des Diffusors 13 muss nur noch ein dünner äußerer Randbereich 28 im Bereich des Diffusors 13 mittels eines Lasers 19, 19', 19'', der Laserpulslängen kleiner gleich 500ns, insbesondere kleiner 100ns erzeugen kann, bearbeitet werden (letzte Abtragungsschritte) . Dabei wird der Laserstrahl 22, 22' , 22'' vorzugsweise verfahren . Figur 8 zeigt eine Draufsicht auf ein Loch 7 des Bauteils 1. Die verschiedenen Laser 19, 19', 19'' bzw. die verschiedenen Laserpulslängen dieser Laser 19, 19', 19'' werden in verschiedenen Abtragungsschritten eingesetzt. Zuerst erfolgt beispielsweise eine Grobbearbeitung mit großen Laserpulslängen (> 100ns, insbesondere >500ns) . Dadurch wird der größte Teil des Lochs 7 erzeugt. Dieser innere Bereich ist mit dem Bezugszeichen 25 gekennzeichnet. Nur noch ein äußerer Randbereich 28 des Lochs 7 bzw. des Diffusors 13 muss entfernt werden, um die Endmaße des Lochs 7 zu erreichen. Dabei wird der Laserstrahl 22, 22' in der Ebene der Oberfläche 14 verfahren.
Erst wenn der äußere Randbereich 28 mittels eines Lasers 19, 19' mit kürzeren Laserpulslängen (≤ 500ns, insbesondere < 100ns) bearbeitet worden ist, ist das Loch 7 bzw. der Diffu- sor 13 fertig gestellt.
Die Kontur 29 des Diffusors 13 wird also mit kürzeren Laserpulsen hergestellt, wodurch der äußere Randbereich 28 feiner und exakter abgetragen wird und daher frei von Rissen und Aufschmelzungen ist.
Das Material wird beispielsweise in einer Ebene 11 (senkrecht zur Axialrichtung 15) abgetragen.
Ebenso kann bei den längeren Pulslängen der Querschnitt A des abzutragenden Bereichs bei der Herstellung des Lochs 7 in die Tiefe des Substrats 4 hinein ständig verkleinert werden bis auf A' , sodass der äußere Randbereich 28 gegenüber Figur 7 verkleinert ist (Fig. 9). Dies geschieht durch Einstellungen von Energie und Pulsdauer.
Eine Alternative bei der Herstellung des Lochs 7 besteht darin, zuerst den äußeren Randbereich 28 mit kürzeren Laserpulslängen (≤ 500ns) bis zu einer Tiefe in Axialrichtung 15, die einer Ausdehnung des Diffusors 13 des Lochs 7 in dieser Richtung 15 teilweise oder ganz entspricht, zu erzeugen (Fig. 10, der innere Bereich 25 ist gestrichelt angedeutet). Dabei wird der Laserstrahl 22, 22' in diesen ersten Abtragungsschritten in der Ebene der Oberfläche 14 verfahren. Somit werden nahezu keine Aufschmelzungen im Bereich der Trennfläche des Diffusors 13 erzeugt und es bilden sich dort keine Risse aus und exakte Geometrien können so erzeugt werden .
Dann erst wird der innere Bereich 25 mit längeren Laserpulslängen (> 100ns, insbesondere > 500ns) abgetragen (letzte Abtragungsschritte) .
Die Verfahren können angewendet werden bei neu hergestellten Bauteilen 1, die zum ersten Mal abgegossen wurden. Ebenso kann das Verfahren verwendet werden bei wieder aufzuarbeitenden Bauteilen 1. Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Bauteile 1, die im Einsatz waren, beispielsweise von Schichten getrennt werden und nach Reparatur wie z.B. Auffüllen von Rissen und Entfernung von Oxidations- und Korrosionsprodukten wieder neu beschichtet werden. Hier werden beispielsweise Verunreinigungen oder Beschich- tungsmaterial, das erneut aufgebracht wurde (Fig. 11) und in die Löcher 7 gelangte, mit einem Laser 19, 19' entfernt. Oder spezielle Ausformungen (Diffusor) im Schichtbereich werden nach der Wiederbeschichtung bei der Aufarbeitung neu herge- stellt.
Wiederaufarbeitung
Figur 11 zeigt die Nachbearbeitung (Refurbishment) eines
Lochs 7, wobei bei einer Beschichtung des Substrats 4 mit dem Material der Schicht 16 Material in das bereits vorhandene Loch 7 eingedrungen ist. Beispielsweise können die tiefer liegenden Bereiche im Be- reich 10 des Lochs 7 mit einem Laser bearbeitet werden, der Laserpulslängen größer 100ns, insbesondere größer 500ns aufweist. Diese Bereiche sind mit 25 gekennzeichnet. Der kritischere Randbereich 28 beispielsweise im Bereich des Diffusors 13, auf dem Verschmutzungen vorhanden sind, wird mit einem Laser 19' bearbeitet, der Laserpulslängen kleiner gleich 500 ns, insbesondere kleiner 100 ns aufweist.
Vorrichtung
Die Figuren 12 bis 15 zeigen beispielhafte Vorrichtungen 40, um insbesondere das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Die Vorrichtungen 40 bestehen aus zumindest einer Optik 35, 35' , insbesondere zumindest einer Linse 35, 35' , die zumindest einen Laserstrahl 22, 22', 22'' auf das Substrat 4 lenkt, um das Loch 7 zu erzeugen. Es sind ein, zwei oder mehr Laser 19, 19', 19'' vorhanden. Die Laserstrahlen 22, 22', 22'' können über Spiegel 31, 33 zur Optik 35, 35' hingeführt werden.
Die Spiegel 31, 33 sind so verschieb- oder drehbar, dass beispielsweise jeweils nur ein Laser 19', 19'' seine Laserstrahlen 22' oder 22'' über die Spiegel 31 oder 33 und die Linse 35 auf das Bauteil 1 senden kann.
Das Bauteil 1, 120, 130, 155 oder die Optik 35, 35' oder die Spiegel 31, 33 sind in einer Richtung 43 verfahrbar, so dass der Laserstrahl 22, 22' beispielsweise gemäß Figur 5 über dem Bauteil 1 verfahren wird.
Die Laser 19, 19', 19'' können bspw. eine Wellenlängen von entweder 1064nm oder 532nm aufweisen. Die Laser 19', 19'' können verschiedene Wellenlängen aufweisen: 1064nm und 532nm. Hinsichtlich Pulslänge ist beispielsweise der Laser 19' auf Pulslängen von 0,1 - 5ms einstellbar; hingegen der Laser 19' auf Pulslängen von 50 - 500ns.
Durch Verschieben der Spiegel 31, 33 (Fig. 12, 13, 14) kann jeweils der Strahl des Lasers 19', 19'' mit solchen Laserpulslängen über die Optik 35 auf das Bauteil 1 eingekoppelt werden, die notwendig sind, um beispielsweise den äußeren Randbereich 28 oder den Innenbereich 25 herzustellen . Figur 12 zeigt zwei Laser 19', 19'', zwei Spiegel 31, 33 und eine Optik in Form einer Linse 35.
Wird beispielsweise zuerst der äußere Randbereich 28 gemäß Figur 6 hergestellt, so wird der erste Laser 19' mit den kürzeren Laserpulslängen eingekoppelt.
Wird dann der innere Bereich 25 hergestellt, so wird durch Bewegung des Spiegels 31 der erste Laser 19' ausgekoppelt und durch Bewegung des Spiegels 33 der zweite Laser 19'' mit seinen längeren Laserpulslängen eingekoppelt.
Figur 13 zeigt eine ähnliche Vorrichtung wie in Figur 12, jedoch sind hier zwei Optiken, hier beispielsweise zwei Linsen 35, 35' vorhanden, die es erlauben, dass die Laserstrahlen 22', 22'' der Laser 19', 19'' auf verschiedene Bereiche 15, 28 des Bauteils 1, 120, 130, 155 gleichzeitig gelenkt werden.
Wenn beispielsweise ein äußerer Randbereich 28 erzeugt wird, kann der Laserstrahl 22' auf eine erste Stelle dieses mantelförmigen Bereiches 28 und auf zu der ersten Stelle diametral gegenüberliegenden zweiten Stelle gelenkt werden, sodass die Bearbeitungszeit erheblich verkürzt wird.
Es kann die Optik 35 für die ersten Laserstrahlen 22' und die zweite Optik 35' für die zweiten Laserstrahlen 22'' genutzt werden.
Gemäß dieser Vorrichtung 40 könnten die Laser 19', 19'' nacheinander oder gleichzeitig mit gleichen oder verschiedenen Laserpulslängen benutzt werden.
In Figur 14 sind keine Optiken in Form von Linsen vorhanden, sondern nur Spiegel 31, 33, die die Laserstrahlen 22', 22'' auf das Bauteil 1 lenken und durch Bewegung dazu benutzt werden, dass zumindest Laserstrahl 22', 22'' in einer Ebene über das Bauteil verfahren wird.
Die Laser 19', 19'' können hier ebenfalls gleichzeitig benutzt werden.
Gemäß dieser Vorrichtung 40 könnten die Laser 19', 19'' nacheinander oder gleichzeitig mit gleichen oder verschiedenen Laserpulslängen benutzt werden.
Figur 15 zeigt eine Vorrichtung 40 mit nur einem Laser 19, bei dem Laserstrahl 22 beispielsweise über einen Spiegel 31 auf ein Bauteil 1 gelenkt wird.
Auch hier ist eine Optik beispielsweise in Form einer Linse nicht notwendig. Der Laserstrahl 22 wird beispielsweise durch Bewegung des Spiegels 31 über die Oberfläche des Bauteils 1 verfahren. Dies ist bei der Verwendung von kürzeren Laserpulslängen notwendig. Bei den längeren Laserpulslängen muss der Laserstrahl 22 nicht notwendigerweise verfahren werden, sodass der Spiegel 31 nicht bewegt wird, wie es im VerfahrensStadium.
Ebenso können aber auch in der Vorrichtung gemäß Figur 15 eine Linse oder zwei Linsen 35, 35' verwendet werden um den Laserstrahl gleichzeitig auf verschiedene Bereiche 25, 28 des Bauteils 1, 120, 130, 155 zu lenken.
Bautei le
Die Figur 16 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt.
Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine
Rotationsachse 102 drehgelagerten Rotor 103 mit einer Welle
101 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird.
Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartige
Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer, mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das
Abgasgehäuse 109.
Die Ringbrennkammer 110 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die
Turbine 108.
Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei
Schaufelringen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums 113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer
Leitschaufelreihe 115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete
Reihe 125.
Die Leitschaufeln 130 sind dabei an einem Innengehäuse 138 eines Stators 143 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe 125 beispielsweise mittels einer Turbinenscheibe 133 am Rotor 103 angebracht sind.
An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt) .
Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehäuse 104 Luft 135 angesaugt und verdichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 bereitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 geführt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brennkammer 110 verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium 113 entlang des Heißgaskanals 111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Laufschaufeln 120. An den Laufschaufeln 120 entspannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine .
Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unterliegen während des Betriebes der Gasturbine 100 thermischen Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und
Laufschaufeln 120 der in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten Turbinenstufe 112 werden neben den die Ringbrennkammer 110 auskleidenden Hitzeschildelementen am meisten thermisch belastet. Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmittels gekühlt werden. Ebenso können Substrate der Bauteile eine gerichtete Struktur aufweisen, d.h. sie sind einkristallin (SX-Struktur) oder weisen nur längsgerichtete Körner auf (DS-Struktur) . Als Material für die Bauteile, insbesondere für die
Turbinenschaufel 120, 130 und Bauteile der Brennkammer 110 werden beispielsweise eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Superlegierungen verwendet. Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 Al, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt; diese Schriften sind bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierungen Teil der Offenbarung.
Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehäuse 138 der Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht dargestellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt . Die Figur 17 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschaufel 120 oder Leitschaufel 130 einer Strömungsmaschine, die sich entlang einer Längsachse 121 erstreckt .
Die Strömungsmaschine kann eine Gasturbine eines Flugzeugs oder eines Kraftwerks zur Elektrizitätserzeugung, eine Dampfturbine oder ein Kompressor sein.
Die Schaufel 120, 130 weist entlang der Längsachse 121 aufeinander folgend einen Befestigungsbereich 400, eine daran angrenzende Schaufelplattform 403 sowie ein Schaufelblatt 406 und eine Schaufelspitze 415 auf. Als Leitschaufel 130 kann die Schaufel 130 an ihrer Schaufel- spitze 415 eine weitere Plattform aufweisen (nicht dargestellt) .
Im Befestigungsbereich 400 ist ein Schaufelfuß 183 gebildet, der zur Befestigung der Laufschaufeln 120, 130 an einer Welle oder einer Scheibe dient (nicht dargestellt) .
Der Schaufelfuß 183 ist beispielsweise als Hammerkopf ausgestaltet. Andere Ausgestaltungen als Tannenbaum- oder Schwalbenschwanzfuß sind möglich. Die Schaufel 120, 130 weist für ein Medium, das an dem Schau- felblatt 406 vorbeiströmt, eine Anströmkante 409 und eine Abströmkante 412 auf.
Bei herkömmlichen Schaufeln 120, 130 werden in allen Bereichen 400, 403, 406 der Schaufel 120, 130 beispielsweise mas- sive metallische Werkstoffe, insbesondere Superlegierungen verwendet .
Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 Al, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt; diese Schriften sind bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil der Offenbarung.
Die Schaufel 120, 130 kann hierbei durch ein Gussverfahren, auch mittels gerichteter Erstarrung, durch ein Schmiedever- fahren, durch ein Frasverfahren oder Kombinationen daraus gefertigt sein.
Werkstucke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen wer- den als Bauteile für Maschinen eingesetzt, die im Betrieb hohen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen ausgesetzt sind.
Die Fertigung von derartigen einkristallinen Werkstucken erfolgt z.B. durch gerichtetes Erstarren aus der Schmelze. Es handelt sich dabei um Gießverfahren, bei denen die flussige metallische Legierung zur einkristallinen Struktur, d.h. zum einkristallinen Werkstuck, oder gerichtet erstarrt. Dabei werden dendritische Kristalle entlang dem Warmefluss ausgerichtet und bilden entweder eine stangelkristalline Kornstruktur (kolumnar, d.h. Korner, die über die ganze Lange des Werkstuckes verlaufen und hier, dem allgemeinen Sprachgebrauch nach, als gerichtet erstarrt bezeichnet werden) oder eine einkristalline Struktur, d.h. das ganze Werkstuck besteht aus einem einzigen Kristall. In diesen Verfahren muss man den Übergang zur globulitischen (polykristallinen) Erstarrung meiden, da sich durch ungerichtetes Wachstum notwendigerweise transversale und longitudinale Korngrenzen ausbilden, welche die guten Eigenschaften des gerichtet erstarrten oder einkristallinen Bauteiles zunichte machen. Ist allgemein von gerichtet erstarrten Gefugen die Rede, so sind damit sowohl Einkristalle gemeint, die keine Korngrenzen oder höchstens Kleinwinkelkorngrenzen aufweisen, als auch Stangelkristallstrukturen, die wohl in longitudinaler Richtung verlaufende Korngrenzen, aber keine transversalen Korn- grenzen aufweisen. Bei diesen zweitgenannten kristallinen
Strukturen spricht man auch von gerichtet erstarrten Gefugen (directionally solidified structures) .
Solche Verfahren sind aus der US-PS 6,024,792 und der EP 0 892 090 Al bekannt; diese Schriften sind bzgl. des Erstarrungsverfahrens Teil der Offenbarung. Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion oder Oxidation aufweisen, z. B. (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf) ) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 Al, die bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil dieser Offenbarung sein sollen. Die Dichte liegt vorzugsweise bei 95% der theoretischen Dichte.
Auf der MCrAlX-Schicht (als Zwischenschicht oder als äußerste Schicht) bildet sich eine schützende Aluminiumoxidschicht (TGO = thermal grown oxide layer) .
Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, die vorzugsweise die äußerste Schicht ist, und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O3-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
Die Wärmedämmschicht bedeckt die gesamte MCrAlX-Schicht . Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt. Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärmedämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen. Die Wärmedämmschicht ist also vorzugsweise poröser als die MCrAlX-Schicht.
Die Schaufel 120, 130 kann hohl oder massiv ausgeführt sein. Wenn die Schaufel 120, 130 gekühlt werden soll, ist sie hohl und weist ggf. noch Filmkühllöcher 418 (gestrichelt angedeu- tet) auf, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden . Die Figur 18 zeigt eine Brennkammer 110 der Gasturbine 100. Die Brennkammer 110 ist beispielsweise als so genannte Ringbrennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Umfangsrichtung um eine Rotationsachse 102 herum angeordneten Brennern 107 in einen gemeinsamen Brennkammerraum 154 münden, die Flammen 156 erzeugen. Dazu ist die Brennkammer 110 in ihrer Gesamtheit als ringförmige Struktur ausgestaltet, die um die Rotationsachse 102 herum positioniert ist.
Zur Erzielung eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades ist die Brennkammer 110 für eine vergleichsweise hohe Temperatur des Arbeitsmediums M von etwa 10000C bis 16000C ausgelegt. Um auch bei diesen, für die Materialien ungünstigen Betriebs- parametern eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermöglichen, ist die Brennkammerwand 153 auf ihrer dem Arbeitsmedium M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen 155 gebildeten Innenauskleidung versehen.
Aufgrund der hohen Temperaturen im Inneren der Brennkammer
110 kann zudem für die Hitzeschildelemente 155 bzw. für deren Halteelemente ein Kühlsystem vorgesehen sein. Die Hitzeschildelemente 155 sind dann beispielsweise hohl und weisen ggf. noch in den Brennkammerraum 154 mündende Kühllöcher (nicht dargestellt) auf, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden.
Jedes Hitzeschildelement 155 aus einer Legierung ist arbeitsmediumsseitig mit einer besonders hitzebeständigen Schutzschicht (MCrAlX-Schicht und/oder keramische Beschichtung) ausgestattet oder ist aus hochtemperaturbeständigem Material (massive keramische Steine) gefertigt . Diese Schutzschichten können ähnlich der Turbinenschaufeln sein, also bedeutet beispielsweise MCrAlX: M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden, bzw. Hafnium (Hf) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 Al, die bzgl. der chemischen Zusammensetzung der Legierung Teil dieser Offenbarung sein sollen.
Auf der MCrAlX kann noch eine beispielsweise keramische Wärmedämmschicht vorhanden sein und besteht beispielsweise aus ZrC>2, Y2θ3-ZrC>2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt. Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärmedämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Körner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen.
Wiederaufarbeitung (Refurbishment) bedeutet, dass Turbinenschaufeln 120, 130, Hitzeschildelemente 155 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen). Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidationsschichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse in der Turbinenschaufel 120, 130 oder dem Hitzeschildelement 155 repariert. Danach erfolgt eine Wiederbeschichtung der Turbinenschaufeln 120, 130, Hitzeschildelemente 155 und ein erneuter Einsatz der Turbinenschaufeln 120, 130 oder der Hitzeschildelemente 155.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Lochs (7) in einem Schichtsystem (1, 120, 130, 155), das zumindest ein metallisches Substrat (4) und eine äußerste keramische Schicht (16'') aufweist, mittels zumindest einem gepulsten Energiestrahls (22, 22',
22"), insbesondere mittels zumindest einem gepulsten Laserstrahls (22, 22', 22'') zumindest eines Lasers (19, 19', 19''), der (22, 22', 22'') eine Pulslänge aufweist, wobei das Verfahren in einer Vielzahl von Abtragungsschritten ausgeführt wird, wobei kürzere Pulslängen und längere Pulslängen verwendet werden, wobei in einem der ersten Abtragungsschritte andere Pulslängen verwendet werden als in einem der letzten Abtragungsschritte und wobei die längeren Pulslängen Pulslängen von > 0.4ms aufweisen .
2. Verfahren nach Anspruch 1,
bei dem während den Abtragungsschritten mit kürzeren Pulslängen der zumindest eine Energiestrahl (22, 22', 22'' über die Oberfläche des Bauteils (1, 120, 130, 155) verfahren wird, um Material im Bereich einer Ebene des herzustellenden Lochs (7) abzutragen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
bei dem während der ersten Abtragungsschritte längere Pulslängen verwendet werden als in einem der letzten Abtragungsschritte .
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
bei dem während der ersten Abtragungsschritte kürzere Pulslängen verwendet werden als in einem der letzten Abtragungsschritte .
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
bei dem die längeren Pulslängen verwendet werden, um eine metallische Zwischenschicht (16') oder das metallische Substrat (4) abzutragen.
6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5,
bei dem die Pulslänge während des Fortschreitens des Verfahrens zur Erzeugung des Lochs (7) kontinuierlich verändert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5,
bei dem die Pulslänge während des Fortschreitens des Verfahrens zur Erzeugung des Lochs (7) diskontinuierlich verändert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, 3, 5, 6 oder 7,
bei dem eine konstante längere Pulslänge verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 4, 6, 7 oder 8,
bei dem eine konstante kürzere Pulslänge verwendet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, 7, 8 oder 9,
bei dem nur zwei verschiedene Pulslängen verwendet werden.
11. Verfahren nach Anspruch 1, 3, 5, 6 oder 7,
bei dem bei den längeren Pulsdauern der zumindest eine Energiestrahl (22, 22', 22'') nicht über die Oberfläche des Bauteils (1, 120, 130, 155) verfahren wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1,
bei dem nur ein Laser (19), insbesondere mit einer Wellenlänge, insbesondere von 1064nm, verwendet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1,
bei dem zwei oder mehr Laser (19', 19'') zur Erzeugung des Lochs (7) eingesetzt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
bei dem für die Laser (19', 19'') die gleiche Wellenlänge, insbesondere 1064nm oder 532nm, verwendet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13,
bei dem für die Laser (19', 19'') unterschiedliche Wellenlängen, insbesondere 1064nm und 532nm, verwendet werden.
16. Verfahren nach Anspruch 13, 14 oder 15,
bei dem die Laser (19', 19'') darauf eingerichtet sind, gleiche Bereiche von Pulslängen zu erzeugen.
17. Verfahren nach Anspruch 13, 14 oder 15,
bei dem die Laser (19', 19'') darauf eingerichtet sind, verschiedene Bereiche von Pulslängen zu erzeugen.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17,
bei dem die Laser (19', 19'') gleichzeitig benutzt werden.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17,
bei dem die Laser (19', 19'') zeitlich gesehen nacheinander benutzt werden.
20. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 9,
bei dem während der letzten Abtragungsschritte kürzere Pulslängen kleiner gleich 500ns, insbesondere kleiner gleich 100ns, verwendet werden.
21. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 4 oder 9,
bei dem während der ersten Abtragungsschritte kürzere Pulslängen kleiner gleich 500ns, insbesondere kleiner gleich 100ns, verwendet werden.
22. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 4 bis 11 oder 21,
bei dem zuerst ein äußerer Oberbereich (13) des Lochs (7] mit kürzeren Pulslängen und dann ein unterer Bereich (10) des Lochs (7) mit längeren Pulslängen erzeugt wird.
23. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 4 bis 11 oder 21,
bei dem zuerst ein äußerer Randbereich (28) mit kürzeren Pulslängen erzeugt wird und dann ein innerer Bereich (25) des Lochs (7) mit längeren Pulslängen erzeugt wird.
24. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 5 bis 11 oder 21,
bei dem zuerst ein innerer Bereich (25) mit längeren Pulslängen, und dann ein äußerer Randbereich (28) des Lochs (7) mit kürzeren Pulslängen erzeugt wird.
25. Verfahren nach Anspruch 6,
bei dem ausgehend von einer Oberfläche (14) des Bauteils
(1) das Loch (7) hergestellt wird und bei dem von der äußeren Oberfläche (14) hin bis zur Tiefe des Lochs (7) die Pulslänge verändert wird.
26. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem bei den längeren Pulsen eine Pulsdauer von >0,4ms bis 1.2ms verwendet wird.
27. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem die längeren Pulse eine Energie von 6 bis 21 Joule, insbesondere 8 Joule aufweisen.
28. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem die längeren Pulse eine Leistung von 10 bis 50 Kilowatt, insbesondere 20 Kilowatt aufweisen.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 4, 6, 7, 9, 20 bis 24,
bei dem die Energie der kürzeren Pulse im oder unter dem zweistelligen, insbesondere im einstelligen Millij oule-Bereich (mJ) liegt
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 4, 6, 7, 9, 20 bis 24,
bei dem die kürzeren Pulse eine Leistung im einstelligen Kilowattbereich aufweisen.
31. Verfahren nach einem der Anspruch 1, 3, 5 - 11, 22 - 28,
bei dem die längeren Pulse die Querschnittsfläche (A) des abgetragenen Bereichs auf dem Bauteil (1) entsprechend der Querschnittsfläche des herzustellenden Lochs (7, 10) erzeugen .
32. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem bei der Verwendung von längeren oder kürzeren Pulsen (16) eine Ausgangsleistung des Lasers (19, 19', 19' ' ) konstant ist, solange die Pulslänge für die längeren oder kürzeren Pulse sich nicht ändert.
33. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem für die längeren Pulsen eine Ausgangsleistung des Lasers (19, 19'. 19'') von mehreren 100 Watt, insbesondere von 500 Watt verwendet wird.
34. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem bei den kürzeren Pulsen eine Ausgangsleistung des Lasers (19, 19', 19'') kleiner 300 Watt ist.
35. Verfahren nach Anspruch 1,
bei dem mit dem Verfahren ein Bauteil (1) bearbeitet wird, welches ein Schichtsystem darstellt.
36. Verfahren nach Anspruch 35,
bei dem mit dem Verfahren ein Schichtsystem (1) bearbeitet wird, das aus einem metallischen Substrat (4) und zumindest einer keramischen Schicht (16'') besteht.
37. Verfahren nach Anspruch 35 oder 36,
bei dem das Schichtsystem (1) aus einem Substrat (4) und einer metallischen Schicht (16') besteht, die insbesondere eine Zusammensetzung des Typs MCrAlX aufweist, wobei M für zumindest ein Element der Gruppe Eisen, Kobalt oder Nickel steht, sowie X für Yttrium und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden steht.
38. Verfahren nach Anspruch 35, 36 oder 37,
bei dem das Schichtsystem (1) aus einem Substrat (4) und einer Schicht (16) besteht, die eine metallische Zwischenschicht (16') und eine äußere keramische Schicht (16'') aufweist.
39. Verfahren nach Anspruch 36, 37 oder 38,
bei dem das Substrat (4) eine nickel-, kobalt- oder eisenbasierte Superlegierung ist.
40. Verfahren nach Anspruch 35,
bei dem mit dem Verfahren ein Bauteil (1) bearbeitet wird, das eine Turbinenschaufel (120, 130), ein Hitzeschildelement (155) oder ein anderes Bau- oder Gehäuseteil (138) einer Gas- (100) oder Dampfturbine ist.
41. Verfahren nach Anspruch 1 oder 40,
bei dem das Verfahren bei der Neuherstellung eines Bauteils (1, 120, 130, 155) verwendet wird.
42. Verfahren nach Anspruch 1 oder 40,
bei dem das Verfahren bei einem wieder auf zuarbeitenden Bauteil (1, 120, 130, 155) verwendet wird.
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