ITPD970299A1 - Procedimento per formare componenti di una turbina di conbustione medi ante legame in fase liquida transitoria. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda procedimenti per formare i componenti della sezione calda di una turbina di combustione in modo da mantenere l'integrità strutturale ed i livelli di prestazioni dei componenti in un ambiente operativo ad alta temperatura durante tutta la desiderata vita di servizio dei componenti. Specificatamente, l'Invenzione riguarda procedimenti per costruire componenti di turbina complessi a partire da una pluralità di sezioni o porzioni meno complesse e più sottili, maggiormente colabili mediante applicazione di materiale legante in fase liquida transitoria a superfici selezionate delle sezioni e assemblaggio delle sezioni mediante accoppiamento delle superfici collegate per formare la struttura di componenti desiderata.

Le temperature di combustione nelle turbine di combustione sono costantemente aumentate con il passare degli anni in uno sforzo di fornire elevato rendimento termico complessivo del sistema e potenza di uscita massima di esso. Sfortunatamente, sviluppi nella costruzione dei componenti delle turbine non hanno tenuto il passo con ciò, particolarmente lo sviluppo di quei componenti che sono sottoposti alle elevate temperature di combustione nelle sezioni o porzioni calde della turbina come ad esempio le palette e pale della turbina. Esposizione dei componenti nelle sezioni calde della turbina ad un ambiente di alta temperatura riduce l'integrità meccanica dei componenti e potrebbe accorciare la vita di servizio dei componenti stessi. Conseguentemente, è noto nella tecnica disporre meccanismi di raffreddamento entro le pale e palette in modo da fornire un flusso di aria di raffreddamento o vapore attraverso i componenti della sezione calda e minimizzare degrado termico dei componenti.

E' noto che le pale e palette delle turbine a combustione possono avere una struttura sostanzialmente in due parti, con un sottile rivestimento pellicolare che forma il profilo aerodinamico desiderato della pala coprente un gambo.Al fine di fornire efficacemente meccanismi di raffreddamento entro queste pale e palette, è noto costruire alette a perni (o linguette) tra il rivestimento pellicolare ed il gambo in maniera tale che il rivestimento sia meccanicamente accoppiato al gambo mediante le alette a perni.Aria di raffreddamento è alimentata entro le palette e pale in un modo noto in maniera tale che gli spazi tra le alette a perni abbiano a fornire canali per un flusso di aria di raffreddamento attraverso le superficì interne del rivestimento.

Sfortunatamente, a causa dei vincoli dimensionali e geometrici per le pale e palette, non è stato possibile realizzare efficacemente tali disposizioni di raffreddamento ad alette a perni in componenti di turbine a combustione. Ad esemplo, una soluzione alla formazione di pale e palette aerodinamiche potrebbe essere quella di costruire il gambo ed il rivestimento come pezzi colati separati, in cui il rivestimento sarebbe adattato o montato sul gambo. E‘ noto che deformazione del rivestimento durante l'assemblaggio è inaccettabile poiché una simile deformazione può provocare ricristallizzazione in quelle leghe di componenti che hanno struttura monocristallina o incrinatura della zona di demarcazione dei grani in leghe direzionalmente solidificate. Inoltre, un ulteriore problema nella costruzione di queste pale e palette è che, a causa della grande sezione trasversale dei componenti, è difficile mantenere i gradienti di alta temperatura in corrispondenza dell'interfaccia di solidificazione del getto che sono richiesti per la crescita della desiderata struttura monocristallina o direzionalmente solidificata.

E'pure noto costruire componenti della turbina a profilo aerodinamico a partire da una pluralità di sezioni o porzioni più piccole, o substrutture dei componenti, in cui ciascuna delle sezioni è colata in sagome non-complesse e ciascuna delle sub-strutture componenti è successivamente collegata assieme per formare il profilo dei componenti aerodinamici finale. Le sezioni delle sub-strutture della struttura dei componenti complessiva sono collegate assieme mediante tecniche di legame in fase liquida transitoria (TLP). In questo procedimento, il materiale legante è costituito tipicamente da una lega che è simile, per le sue proprietà materiali, a quella del materiale di substrato-componente e contiene un agente di riduzione del punto di fusione, come boro. Secondo l'invenzione, la frase "agente di riduzione del punto di fusione" vuole indicare un materiale che, quando incluso in un materiale legante, riduce la temperatura del spunto di fusione di tale materiale legante. Il materiale legante è disposto tra superfici opposte delle particolari sub-strutture da unire. Il giunto è quindi riscaldato in un modo tale che il materiale legante fonde e il boro diffonde nel materiale di substrato delle sezioni dei componenti, determinando solidificazione, che può essere isotermica.Accoppiamento dei componenti delle sezioni mediante tale tecnica di legame in fase liquida transitoria consente il legame di composizioni di lega monocristalline e cristalline solidificate direzionalmente come pure composizioni di leghe equiassiali, che subirebbero diversamente incrinatura durante un'operazione di saldatura.

Sfortunatamente, vari sono gli inconvenienti associati al procedimento noto per il legame in fase liquida transitoria di sezioni componenti che rendono tale processo complesso, consumante tempo e costoso. Al fine di fornire un materiale legante sulle superfici delle sezioni-componenti da unire, il materiale legante è applicato sotto forma di una polvere o di una lamina o foglio. Quando è impiegato materiale legante in polvere, il materiale legante deve essere depositato sulle superfici da collegare in un modo delicato per evitare spargimenti e spostamenti della polvere prima della fusione del materiale legante. Un materiale legante può essere impiegato per ancorare il materiale legante alle superfici delle sezioni componenti da collegare, tuttavia essendo noto che pirolisi del materiale legante produce un residuo indesiderabile, generalmente sotto forma di carburi in cui l'applicazione di legame o collegamento viene condotta in un atmosfera riducente o in ossidi ove il legame si verifica in un'atmosfera ossidante. Inoltre, a causa dell'aumentata area superficiale di materiale legante in polvere sulle sezioni-componenti, è aggravata indesiderabile ossidazione dei materiali legante e di substrato durante l'operazione di collegamento o legame.

L'impiego di fogli in qualità di materiale legante presenta un'altra categoria di problemi assodati con note tecniche di legame in fase liquida transitoria. I fogli sono spessi (circa 25-100 micron) e presentano spesso duttilità limitata per cui essi sono difficili da tagliare nelle precise sagome necessarie per conformarsi alle superfici dei componenti ed a cui essi sono applicati per il legame. Inoltre, i fogli possono lacerarsi durante la manipolazione e possono essere persi piccoli pezzetti. Fogli spessi introducono più elevati livelli di agente di riduzione del punto di fusione nel substrato del componente finale cosi da ridurre indesiderabilmente la temperatura di fusione incipiente del materiale del substrato. Da ultimo, fogli spessi richiedono più lunghi periodi di omogeneizzazione e generalmente hanno come conseguenza microstrutture di legame inferiori.

Problemi addizionali sono noti con la costruzione di profili di componenti aerodinamici complessi, mediante procedimenti di legame in fase liquida transitoria noti. Pressione è generalmente applicata alle sezioni che devono essere unite al fine d1 rompere qualsiasi indesiderabile strato di ossido che può essere presente in corrispondenza delle superfici da collegare e favorire l'uniformità della distribuzione di materiale di legame liquefatto nel giunto. La pressione minimizza pure lo spessore della regione legata o collegata. Tuttavia, quando le sagome delle sezioni-componenti sono complesse, è difficile applicare pressione uniformemente attraverso l'estensione del giunto di legame. Inoltre, l'applicazione di eievate forze di pressione a leghe aventi struttura monocristai1ina è indesiderabile a causa della potenzialità di ricristallizzazione.

Per superare i problemi associati con l'impiego di materiali leganti in foglio ed in polvere, si è tentato nella tecnica di applicare materiale legante mediante tecniche di deposizione a polverizzazione o sputtering alle superfici delle sub-strutture dei componenti da assemblare mutuamente per formare la struttura-componente complessa. Prima della deposizione a sputtering della lega legante in fase liquida transitoria le superfici da collegare sono pulite con bombardamento di ioni Ar per rimuovere qualsiasi strato di ossido indesiderabile.Tuttavia, è noto che tale tecnica è stata solamente dimostrata per costruire piccoli componenti con una semplice configurazione complessiva dei componenti. Sfortunatamente, non è stato dimostrato che tale procedimento è efficace per la costruzione di grandi complessi componenti come ad esempio pale e palette d1 turbine a combustione,per una pluralità di ragioni.

Quando la superficie di una sub-struttura componente che deve avere applicato lo strato di legame non può essere posizionata perpendicolarmente alla forza di gravità durante la fase di permanenza ad alta temperatura del processo TLP noto, la fase liquida scorrerà a causa dell'effetto della gravità. Ciò può avere come conseguenza una mancanza di materiale legante nelle regioni superiori della sub-struttura legata, lasciando un legame debole in queste regioni. Il materiale legante in eccesso che si accumula su un fondo della sub-struttura può provocare un'alterazione delle dimensioni dei componenti finali, come pure passaggi di raffreddamento intasati, in questa regione. Inoltre, se l'intera superficie del rivestimento è ricoperta con la lega legante, allora rimarrà solamente una piccola quantità di materiale d1 substrato di super-lega dietro il rivestimento di polverizzazione in cui l'agente di riduzione del punto di fusione (ad esempio boro) può diffondere. Ciò può avere come conseguenza rammollimento o fusione del rivestimento in taluni casi a meno che sia eseguito un condizionamento termico ad alta temperatura per un lungo periodo per consentire all'agente di riduzione del punto di fusione di diffondere dal rivestimento nel gambo e sulle alette di collegamento. Da ultimo, nei procedi--enti di deposizione a sputtering o polverizzazione noti, in taluni casi è solamente possibile rivestire un'intera grande superficie di una substruttura componente anche quando è solamente necessario applicare materiale legante a superfici più piccole di tale struttura al fine di collegare tali superfici a superfici opposte della sub-struttura da assemblare fra loro. Questo eccessivo rivestimento del substrato in regioni non leganti fa aumentare la quantità di agente di riduzione del punto di fusione nella struttura della pala o paletta finale, influenzando cosi nocivamente le proprietà materiali della struttura-componente.

Pertanto, sussiste attualmente una necessità di avere un procedimento perfezionato per formare i componenti della sezione calda di una turbina a combustione in modo tale da mantenere l integrità strutturale ed il livel li di prestazione dei componenti in un ambiente di funzionamento ad alta temperatura durante tutta la desiderata vita di servizio del componenti.

Perciò, lo scopo generale della presente invenzione è quello di for nire un procedimento perfezionato per formare i componenti della sezione calda di una turbina a combustione in modo tale da mantenere l'integrità strutturale ed i livelli di prestazione dei componenti in un ambiente di funzionamento ad alta temperatura attraverso tutta la vita di servizio de siderata dei componenti.

In breve questo scopo,come pure altri scopi della presente invenzio ne, sono raggiunti in un procedimento per costruire un componente di una turbina a combustione da una pluralità di sub-strutture componenti, ciascuna delle sub-strutture comprendendo un materiale di substrato ed avendo almeno una superficie di accoppiamento, il procedimento comprendendo le fasi di: (a) lavorare meccanicamente la superficie di accoppiamento di ciascuna delle sub-strutture per rimuovere ossido da essa; (b) applicare uno strato di materiale legante sulla superficie di accoppiamento di almeno una delle sub-strutture mediante deposizione a sputtering, il materiale legante avendo un agente di riduzione del punto di fusione in esso avente una temperatura del punto di fusione; (c) assemblare ciascuna delle substrutture per formare il componente posizionando superfici di accoppiamento opposte di ciascuna delle sub-strutture in contatto fra loro con lo strato dimateriale legante disposte tra le superfici di accoppiamento opposte; e (d) esporre il complesso della sub-struttura ad un ambiente avente una temperatura superiore alla temperatura del punto di fusione, per cui l'agente di riduzione del punto di fusione diffonde nel materiale di substrato del complesso della sub-struttura ed il materiale legante solidifica per formare un legame tra superfici di accoppiamento opposte del complesso della sub-struttura. Secondo una forma di realizzazione preferita dell'invenzione, maschere sono applicate alla superficie di accoppiamento sub-struttureprima- dell'applicazione dello strato legante ad esse al fine di applicare selettivamente materiale legante in corrispondenza di solamente posizioni predeterminate sulla superficie di accoppiamento. Le superfici di accoppiamento delle sub-strutture a cui materiale legante è applicato sono lavorate meccanicamente prima del 'applicazione del materiale legante per rimuovere ossido da tali superfici di accoppiamento e fornire tolleranze dimensionali desiderate per la struttura componente.

Le figure 1A-1F illustrano un complesso di sub-str outture a gambo e piattaforma secondo l'invenzione.

Le figure 2A-2C illustrano la fabbricazione di linguette su un gambo mediante un'operazione di lavorazione elettrochimica secondo l'invenzione.

La figura 3 illustra una prima forma di realizzazione di applicazione di uno strato dimateriale legante TLP ad una sub-struttura a piastra facciale mediante deposizione a sputtering secondo l'invenzione.

La figura 4 illustra una seconda forma di realizzazione di applicazione di uno strato di materiale legante TLP ad una sub-struttura a piastra facciale mediante deposizione a sputtering secondo l'invenzione.

Le figure 5A-5C illustrano una prima forma di realizzazione di un complesso di sub-strutture a piastra facciale su una sub-struttura a gambo secondo la presente invenzione.

Le figure 6A-6C illustrano una seconda forma di realizzazione di un complesso di sub-strutture a piastre facciali su una sub-struttura a gambo secondo la presente invenzione.

La presente invenzione fornisce procedimenti perfezionati per formare substrati metallici impiegati, ad esemplo, nelle sezioni o porzioni calde di turbine a gas, turbine a combustione e motori ad aerogetto per aumentare la loro vita utile. Esempi di componenti di turbina che possono essere costruiti secondo l'invenzione includono camere di combustione di turbine a gas, transizioni, pale e palette.

Facendo riferimento ai disegni, nelle figure 1A-1F è illustrato un complesso di sub-strutture a gambo e piattaforma secondo l'invenzione. Il gambo 10 è colato assieme ad una porzione della piattaforma 12 in una configurazione non complessa in modo da formare un complesso 14 di sub-struttura a gambo-piattaforma. Secondo il procedimento della presente invenzione, il gambo può originariamente essere colato in una configurazione che ha la medesima sagoma generale della configurazione di gambo desiderata finale, senza alcun requisito per strette tolleranze dimensionali nel pezzo fuso. Le porzioni rimanenti della piattaforma sono separatamente colate come sub-strutture a piattaforma 16, 18. La sub-struttura 14 a gambo-piattaforma e le sub-strutture a piattaforma 16, 18 saranno legate assieme per formare la desiderata finale configurazione a gambo e piattaforma secondo il procedimento qui descritto.

La sub-struttura a gambo-piattaforma 14 e le sub-strutture a piattaforma 16, 18 saranno unite assieme mediante il legame o collegamento di superfici coniugate selezionate su ciascuna di queste sub-strutture. Prima del collegamento o legame, in una forma di realizzazione preferita, ciascuna delle superfici di accoppiamento o coniugate, come la superficie di accoppiamento o coniugata 20 della sub-struttura 14 a gambo-piattaforma, è lavorata elettrochimicamente per rimuovere qualsiasi strato di ossido da tali superfici.Alternativamente, ossido può essere rimosso dalle superfici di accoppiamento mediante lavorazione ad elettroscarica o altre operazioni di lavorazione note. Inoltre, le tolleranze dimensionali delle substrutture possono essere compensate durante l'operazione di lavorazione. Come è noto nella tecnica, era in precedenza necessario applicare pressione alle sub-strutture componenti durante l'applicazione di legame o collegamento TLP al fine di rompere qualsiasi strato di ossido sulle superfici di accoppiamento in maniera tale che il materiale legante abbia a pervenire in contatto con le superfici del substrato. Sfortunatamente, è noto che l'applicazione di grandi forze di pressione alle sub-strutture durante il procedimento di collegamento o legame determina il rischio di danneggiamento struttura al componente risultante. Secondo la presente invenzione, poiché le superfici di accoppiamento o coniugate opposte delle sub-strutture sono lavorate elettrochimicamente o ad elettroscarica prima del legame, tale fase di preparazione delle superfici per rimuovere strati di ossido prima del collegamento potrebbe ridurre, o eliminare, la necessità dell'applicazione di forze di pressione alla sub-struttura durante la fase di legame o collegamento.

In qualità di alternativa alla lavorazione elettrochimica e ad elettroscarica, le superfici di accoppiamento possono essere microlavorate per rimuovere qualsiasi strato di ossido e garantire che siano soddisfatte le tolleranze dimensionali delle sub-strutture. Come è noto, la microlavorazione è simile alla lavorazione convenzionale ma, tuttavia, mediante microlavorazione sono ottenibili tolleranze sino al livello dei micron e ruvidità superficiali sino al livello dei nanometri.

Come è rappresentato in figura 1C, dopo la lavorazione delle superfici di accoppiamento delle sub-strutture da collegare assieme, uno strato 22 di collegamento o legante TLP viene applicato alle superfici di accoppiamento o coniugate delle sub-strutture (come la superficie di accoppiamento 20) mediante un procedimento di deposizione a polverizzazione o sputtering. Prima dell'applicazione dello strato legante sulle superfici di accoppiamento mediante deposizione a sputtering, la polarità dell'unità di sputtering può essere invertita in modo noto al fine di incidere via a sputtering qualsiasi ossido che può formarsi sulla superficie di accoppiamento durante il periodo tra la fase di lavorazione e la fase di deposizione a sputtering.

Il materiale legante TLP comprende preferibilmente una lega che è uguale alla o simile alla lega di substrato della sub-struttura,con raggiunta di un agente di riduzione del punto di fusione (chiamato agente legante TLP). Le pale e palette di turbine a combustione che possono essere costruite secondo l'invenzione comprendono generalmente una superlega a base di nichel ma, tuttavia, la presente invenzione non vuole essere limitata a tali strutture di pale e palette di superlega. Il materiale di riduzione del punto di fusione è preferibilmente costituito da boro, un altro materiale di riduzione del punto di fusione essendo costituito da silicio.

Note tecniche di deposizione a sputtering rendono possibile fornire uno strato legante TLP sulle superfici di accoppiamento delle sub-strutture con spessore sostanzialmente uniforme sino a circa 10 micron. Era in precedenza possibile applicare fogli di legame o leganti convenzionali sulle superfici di accoppiamento o coniugate delle sub-strutture ad uno spessore di circa 50 micron. Poiché il periodo di omogeneizzazione del materiale legante nella fase liquida durante il legame o collegamento TLP è una funzione della quantità di materiale legante, e poiché i tempi di omogeneizzazione per procedimenti della tecnica nota generalmente variano da circa metà di un giorno ad una settimana, la deposizione a sputtering del materiale legante sulle superfici di accoppiamento o coniugate è in grado di ridurre significativamente il tempo necessario per costruire la configurazione del componente finale. Inoltre, poiché la deposizione a sputtering riduce la quantità di agente di riduzione del punto di fusione impiegata nel procedimento di legame o collegamento, la quantità di agente di riduzione del punto di fusione nella configurazione di pala o paletta finale viene ridotta.

Come è rappresentato in figura 1D, dopo che il materiale legante TLP è stato applicato alle superfici di accoppiamento o coniugate delle substrutture da unire assieme, le superfici di accoppiamento 24 delle substrutture a piattaforma 16, 18 (aventi uno strato legante TLP su esse) sono allineate con le superfici di accoppiamento 20 della sub-struttura di gambo-piattaforma. Facendo riferimento alla figura 1E, queste sub-strutture sono quindi accoppiate assieme in modo tale che lo strato di materiale legante è frapposto tra superfici di accoppiamento opposte delle substrutture 1n corrispondenza delle giunzioni 25.Questa struttura di componenti uniti è quindi sottoposta ad un ambiente di condizionamento termico ad alta temperatura in un forno (senza la presenza di ossigeno) per un periodo predeterminato di tempo in modo tale che, a causa dell'effetto dell'agente di riduzione del punto di fusione nelmateriale legante, il materiale legante fonde a formare una fase liquida e l'agente di riduzione del punto di fusione diffonde nella superlega di substrato. Durante l'operazione d1 condizionamento termico, il materiale di substrato di superlega non è significativamente influenzato in un modo nocivo dalle condizioni di condizionamento termico e la composizione chimica e la microstruttura della superlega di substrato sono sostanzialmente mantenute. Quando il materiale di riduzione del punto di fusione diffonde nel materiale di substrato, solidificazione del materiale legante può verificarsi in modo tale che un legame di accoppiamento è formato tra le superfici opposte o unite delle sub-strutture componenti. Come è rappresentato in figura 1F, dopo l'operazione di condizionamento termico, un complesso di gambo e piattaforma unitario 26 avente una configurazione finale desiderata è pronto per il collegamento del rivestimento ad esso conformemente al procedimento dell'invenzione.

Facendo riferimento alle figure 2A-2C, prima del collegamento della sub-struttura del rivestimento sul gambo, viene condotta fabbricazione di alette a perni o linguette, sul gambo mediante un'operazione di lavorazione elettrochimica o ad elettroscarica. L'apparecchiatura 30 di lavorazione elettrochimica rappresentata generalmente in figura 2A viene portata in contatto con una porzione della superficie esterna del gambo 10. L'apparecchiatura 30 di lavorazione elettrochimica è configurata per asportare una porzione della superficie esterna del gambo, lasciando una pluralità di alette a perni 32 estendentisi dalla superficie esterna finita 34 del gambo derivante dall'operazione di lavorazione. L'operazione di lavorazione elettrochimica è ripetuta su porzioni adiacenti del gambo per fornire una configurazione desiderata di alette a perni 32 ed una superficie esterna finita 34 del gambo. Le operazioni di lavorazione elettrochimica ripetute ed eseguite su porzioni della superficie esterna del gambo possono essere realizzate per lasciare una pluralità di nervature 36 di fissaggio del rivestimento estendentisi dalla superficie esterna 34 del gambo finito. Formazione delle alette a perni 32 come pure delle nervature 36 di fissaggio del rivestimento sulla superficie esterna 34 del gambo finito fornisce superfici di fissaggio per iì collegamento del rivestimento al gambo nel modo che sarà descritto in seguito e creando canali 38 per un flusso di fluido di raffreddamento al di sotto della superficie di rivestimento.

L'apparecchiatura di lavorazione elettrochimica 30 realizza la rimozione di ossido dalle superfici esterne della superficie 34 esterna del gambo finito, alette a perni 32 e nervature 36 di fissaggio del rivestimento e fornisce le richieste tolleranze dimensionali per la struttura del gambo. L'esperto del ramo comprenderà la rappresentazione generale dell'apparecchiatura di lavorazione elettrochimica qui illustrata. L'apparecchiatura necessaria per fornire le operazioni di lavorazione qui descritte, come pure le tecniche d1 lavorazione elettrochimiche, sono ben note e suscettibili di essere impiegate in pratica dagli esperti del ramo per fornire le desiderate configurazioni dei componenti.

La configurazione generale complessa per il rivestimento delle pale o palette di turbina è fissata al gambo come una pluralità di sub-strutture di rivestimento a geometria semplice mediante un'applicazione di legame TLP secondo l'invenzione. La figura 3 illustra una prima forma di realizzazione dell'applicazione di uno strato di materiale legante TLP ad una sub-struttura a piastra facciale di rivestimento mediante deposizione a sputtering o polverizzazione secondo l'invenzione. Una sub-struttura a piastra facciale di rivestimento 40 è prevista per il collegamento al gambo che è stato lavorato con una pluralità di alette a perni e nervature nel modo descritto. La pluralità di piastre facciali di rivestimento 40 che formeranno la configurazione di rivestimento finale possono essere colate individualmente come sub-strutture di rivestimento a plice oppure la configurazione del rivestimento totale può essere colata come un guscio unitario e successivamente sezionata per formare la pluralità di piastre facciali 40 di semplice geometria per il fissaggio al gambo. Dopo la colata, le piastre facciali o elementi a piattaforma possono essere lavorate elettrochimicamente per rimuovere ossidi e garantire tolleranze dimensionali per la struttura del rivestimento.

Uno strato di materiale legante TLP è applicato alle superfici di fissaggio del rivestimento delle piastre facciali in una forma di realizzazione preferita mediante deposizione a sputtering. Le piastre facciali di rivestimento 40 sono poste in un serbatoio di deposizione a sputtering, illustrato generalmente in figura 3. L'apparecchiatura di deposizione a sputtering è dapprima fatta funzionare per rimuovere ossido dalla superficie di accoppiamento interna 42 delle piastre facciali 40 invertendo la polarità dell'unità di polverizzazione a sputtering per incidere a sputtering la superficie di accoppiamento o coniugata interna 42 mediante bombardamento con ioni Argon o altri ioni di gas inerti. Successivamente, unità di sputtering viene azionata per depositare a sputtering uno strato 44 di materiale legante dal bersaglio 41 sulla superficie di accoppiamento o coniugata interna 42 delle piastre facciali di rivestimento 40. Come è stato discusso, il materiale legante TLP depositato a sputtering sulla superficie di accoppiamento interna delle piastre facciali è preferibilmente una composizione a base di nichel con boro aggiunto come agente legante TLP. Dopo l'operazione di deposizione a sputtering, la piastra facciale 46 avente il materiale legante su essa risulta pronta per il fissaggio al gambo per completare l'assemblaggio della pala di turbina.

Un'alternativa al rivestimento dell'Intera superficie di accoppiamento interna delle piastre facciali o di piattaforma con uno strato di materiale legante è applicazione selettiva di materiale legante in corrispondenza di posizioni predeterminate sulla superficie di accoppiamento interna 40 della piastra facciale. La figura 4 illustra applicazione selettiva di uno strato d1 materiale legante TLP ad una piastra facciale impiegando maschere secondo l'invenzione. Prima dell'incisione a sputtering e della deposizione a sputtering di materiale legante sulla superficie di accoppiamento della piastra facciale, una maschera viene posizionata sulla superficie di accoppiamento 42. Preferibilmente, la maschera è configurata con una pluralità di aperture 50 che corrispondono per posizione alla disposizione delle alette a perni sulla porzione del gambo su cui sarà collegata la piastra facciale o di piattaforma. Inoltre, la maschera è configurata in modo da non coprire i bordi esterni della superficie di accoppiamento o coniugata 42, che corrispondono alla posizione delle nervature di fissaggio del rivestimento sulla porzione del gambo su cui sarà collegata la piastra facciale o di piattaforma.

In questa forma di realizzazione, quando la piastra facciale 40 avente la maschera 48 su essa viene incisa a sputtering per rimuovere ossido nel serbatoio di deposizione a sputtering, solamente quelle porzioni non coperte dalla maschera 48 avranno ossido rimosso da esse. Similmente, durante la deposizione a sputtering di materiale legante sulla superficie di accoppiamento interna della piastra facciale, solamente quelle porzioni non coperte dalla maschera avranno uno strato di materiale legante appiicato ad esse. Perciò, quando la maschera viene rimossa nella piastra facciale dopo la fase di deposizione a sputtering, la superficie di accoppiamento interna 42 ha una pluralità di isole 52 di materiale legante su essa, come pure strisce 54 di materiale legante lungo i bordi esterni della superficie di accoppiamento. Le isole 52 di materiale legante corrisponderanno alla disposizione delle alette a perni su quella porzione del gambo a cui ciascuna sub-struttura a piastra facciale di rivestimento è fissata mediante collegamento o legame TLP. Inoltre, le strisce 54 di materiale legante si allineeranno con le nervature di fissaggio del rivestimento.

In conseguenza della presenza della maschera 48 durante la fase di incisione a sputtering e la successiva deposizione a sputtering di materiale legante sulla superficie di accoppiamento interna della piastra facciale, le aree della superficie esterna 34 del gambo finito circondanti le isole 52 di materiale legante e materiale adiacente alle isole sulla piastra facciale 40 avranno ossido su esse. Così, le isole di materiale legante ricco di boro sono isolate e non scorrono via durante il processo di legame o collegamento TLP a causa della presenza di ossido. Perciò, l'impiego di maschere secondo l'invenzione consente predeterminata applicazione delmateriale legante TLP a solamente le posizioni desiderate sulle superfici delle sub-strutture che sono necessarie per la giunzione di tali sub-strutture mediante l'applicazione della fase di collegamento o legame TLP. L'impiego delle maschere per applicare selettivamente materiale legante a solamente le superfici desiderate elimina l'applicazione di eccessive quantità di materiale legante alle sub-strutture, il che potrebbe diversamente avere effetti nocivi sulla struttura componente finale che sono stati descritti precedentemente. L'esperto del ramo comprenderà l'operazione laboriosa e consumante una gran quantità di tempo che sarebbe stata richieste nelle tecniche note per applicare materiale legante in foglio o in polvere solamente in corrispondenza di posizioni selezionate delle superiici di accoppiamento delle sub-strutture senza applicazione del materiale legante sulle regioni adiacenti delle sub-strutture.

Una volta che il materiale legante è stato applicato alle superfid di accoppiamento delle piastre facciali, le sub-strutture delle piastre facciali sono allineate in corrispondenza delle loro rispettive posizioni sul gambo per il collegamento TLP. Le figure 5A-5C illustrano una prima forma di realizzazione di un complesso di sub-strutture di piastre facciali o di piattaforma su una sub-struttura a gambo secondo la presente invenzione.Ciascuna delle piastre facciali avente uno strato 44 di materiale legante TLP sulla superficie di accoppiamento interna 42 è posizionata sul gambo 26 in modo tale che la superficie di accoppiamento o coniugata 42 abbia a contattare le superfici di accoppiamento o coniugate esterne delle alette a perni 32 e nervature 36 d1 fissaggio del rivestimento.Queste sub-strutture combinate sono quindi soggette a condizionamento termico TLP ad alta temperatura in un forno privo di ossigeno nel modo descritto precedentemente in maniera da collegare le sub-strutture di rivestimento al gambo. La razione del componente risultante è una pala di turbina 60 legata a TLP avente un profilo aerodinamico complesso.

Come è rappresentato nelle figure 6A-6C, in cui il materiale legante è applicato come isole 52 e strisce 54 sulla superficie di accoppiamento o coniugata della sub-struttura a piastra facciale, queste isole e strisce saranno allineate con le loro corrispondenti alette a perni e nervature sul gambo per il collegamento TLP. Come è rappresentato in questa forma di realizzazione,materiale legante TLP può pure essere applicato alle alette a perni e nervature del gambo. Si deve pure notare che il procedimento non vuole essere limitato alla costruzione del complesso di pala qui illustrato ed il procedimento può essere impiegato per la costruzione di un'ampia varietà di configurazioni di componenti. Ad esempio, il procedimento può essere attuato per lavorare le alette a perni e le nervature e la pala di turbina nelle sub-strutture delle piastre facciali del rivestimento piuttosto che nella sub-struttura del gambo.

La presente invenzione può essere realizzata 1n altre forme specifiche senza allontanarsi dallo spirito o dagli attributi essenziali di essa e, perciò, per definire l'ambito protettivo dell'Invenzione dovrà essere fatto riferimento alle rivendicazioni accluse piuttosto che alla descrizione precedente.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per costruire un componente di una turbina a combustione da una pluralità di sub-strutture componenti, ciascuna detta substruttura comprendendo un materiale di substrato, ciascuna detta substrattura avendo almeno una superficie di accoppiamento,detto procedimento comprendendo le fasi di: (a) lavorare meccanicamente detta superficie di accoppiamento di ciascuna detta sub-struttura per rimuovere ossido da essa; (b) applicare uno strato di materiale legante su detta superficie di accoppiamento di almeno una di dette sub-strutture mediante deposizione a sputtering, detto materiale legante avendo un agente di riduzione del punto di fusione in esso avente una temperatura di punto di fusione; (c) assemblare ciascuna detta sub-struttura per formare detto componente posizionando superfici di accoppiamento opposte di ciascuna detta sub-struttura in contatto fra loro con detto strato di materiale legante disposto tra le superfici di accoppiamento opposte; e (d) esporre il complesso della sub-struttura ad un ambiente avente una temperatura superiore a detta temperatura del punto di fusione, per cui detto agente di riduzione del punto di fusione diffonde in detto materiale di substrato di detto complesso della sub-struttura e detto materiale legante solidifica per formare un legame tra superfici di accoppiamento opposte di detto complesso della sub-struttura. Z. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui detta fase di lavorazione comprende la lavorazione elettrochimica di detta superficie di accoppiamento di ciascuna detta sub-struttura. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui detta fase di lavorazione comprende microlavorazione di detta superficie di accoppiamento di ciascuna detta sub-struttura. 4. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui detto materiale legante comprende il medesimo materiale di detto materiale di substrato di detta sub-struttura. 5. Procedimento secondo la rivendicazione 4, in cui detto materiale di substrato di dette sub-strutture comprende una lega a base d1 nichel. 6. Procedimento secondo la rivendicazione 5, in cui detto agente di riduzione del punto di fusione comprende boro. 7. Procedimento secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre la fase di incidere a sputtering o a polverizzazione detta superficie di accoppiamento per rimuovere ossido da essa prima di detta fase di applicare uno strato di materiale legante su detta superficie di accoppiamento. 8. Procedimento secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre la fase di applicare una maschera su detta superficie di accoppiamento di almeno una di dette sub-strutture prima di detta fase di applicare uno strato di materiale legante su detta superficie di accoppiamento in modo da applicare detto strato di materiale legante solamente a porzioni selezionate di detta superficie di accoppiamento. 9. Procedimento secondo la rivendicazione 8, in cui ossido viene rimosso solamente da dette porzioni selezionate di detta superficie di accoppiamento. 10. Procedimento per costruire un componente di una turbina a combustione da una pluralità di sub-strutture componenti, detto procedimento comprendendo le fasi d1: (a) formare una sub-struttura a gambo; (b) formare una pluralità di sub-strutture a piastre facciali di rivestimento, ciascuna di dette sub-strutture a piastre facciali di rivestimento avendo una superficie di accoppiamento; (c) lavorare una pluralità di alette a perni su detta sub-struttura a gambo, ciascuna detta aletta a perno avendo una superficie esterna in cui ossido viene rimosso da detta superficie esterna di dette alette a perni durante detta fase di lavorazione; (d) applicare uno strato di materiale legante su detta superficie di accoppiamento di dette sub-strutture a piastre facciali di rivestimento mediante deposizione a sputtering di detto materiale legante avente un agente di riduzione del punto di fusione in esso avente una temperatura di punto di fusione; (e) assemblare dette sub-strutture a piastre facciali di rivestimento su detta sub-struttura a gambo con detta superficie di accoppiamento contattante le superfid esterne di un gruppo di dette alette a perni con detto materiale legante disposto tra esse; e (f) esporre il complesso di sub-strutture ad un ambiente avente una temperatura superiore alla temperatura di detto punto di fusione, per cui detto agente di riduzione del punto di fusione diffonde in detta substruttura a gambo e dette sub-strutture a piastre facciali di rivestimento e detto materiale legante solidifica per formare un legame tra dette alette a perni e dette superfici di accoppiamento di dette sub-strutture a piastre facciali di rivestimento. 11. Procedimento secondo la rivendicazione 10, in cui detta fase di lavorazione comprende lavorazione elettrochimica. 12. Procedimento secondo la rivendicazione 10, in cui detta fase di lavorazione comprende microlavorazione. 13. Procedimento secondo la rivendicazione 10, comprendente inoltre le fasi di applicare una maschera su detta superficie di accoppiamento di dette sub-strutture a piastra facciale di rivestimento prima di detta fase di applicare uno strato dimateriale legante su detta superficie di accoppiamento, detta maschera avendo una pluralità di aperture in essa corrispondenti alla disposizione di dette alette a perni su detta sub-struttura a gambo, e rimuovere detta maschera da detta superficie di accoppiamento dopo detta fase di applicazione di uno strato di materiale legante su detta superficie di accoppiamento. 14. Procedimento secondo la rivendicazione 13, comprendente inoltre la fase di incidere a sputtering detta superficie di accoppiamento avente detta maschera su essa prima di applicare uno strato di materiale legante su detta superficie di accoppiamento. 15. Procedimento secondo la rivendicazione 14, in cui detta fase di incisione a sputtering è caratterizzata dal fatto che detta superficie di accoppiamento è bombardata con ioni Argon.