JP2004245216A - 部品の表面孔内のセラミック皮膜堆積物を除去する方法 - Google Patents

部品の表面孔内のセラミック皮膜堆積物を除去する方法 Download PDF

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Abstract

【課題】
部品(10)の表面孔(12)からセラミック堆積物(22)を除去する方法、具体例として、冷却孔(12)を備えた部品(10)の表面(16)に堆積したセラミック皮膜(20)の一部を除去する方法を提供する。
【解決手段】
本方法は、冷却孔(12)周囲のセラミック皮膜(20)の層間剥離、亀裂その他の損傷も避けられるパラメータで動作させたパルスNd:YAGレーザを用いる。レーザは、セラミック堆積物(22)の一部を孔(12)から除去しつつ、セラミック堆積物(22)の残存部分によって孔(12)周囲に表面開口が画成されるようなレーザビーム(24)を発振するように動作させる。具体的な動作パラメータとしては、約2Hz〜約20Hzのパルス周波数及び約0.25ミリ秒〜約6.0ミリ秒のパルス幅が挙げられる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、総括的には、コーティングプロセス後に開口したままであることが必要とされる表面孔を有する部品に堆積したセラミック皮膜に関する。さらに具体的には、本発明は、表面孔周囲のセラミック皮膜の層間剥離及び亀裂の発生率を減少させるパラメータを有するレーザ穿孔法を用いて、表面孔からセラミック皮膜堆積物を除去する方法に関する。
タービン、燃焼器、オーグメンタのような、ガスタービンエンジンの幾つかのセクションに位置する部品は、かかる部品の稼働温度を下げるためセラミック層で遮熱されることが多く、かくしてエンジンは一段と高い温度で効率的に作動できるようになる。遮熱コーティング(TBC)とも呼ばれるこうした皮膜は、熱伝導性が低く、物品に強く付着し、数多くの加熱・冷却サイクル全体を通して付着性を維持することが必要とされる。これらの条件を満たすことができる皮膜系は、典型的には、遮熱セラミック層を部品に付着させる金属ボンドコートを含んでおり、TBC系と呼ばれるものを形成する。遮熱セラミック層の材料としては、イットリア(Y23)、マグネシア(MgO)その他の酸化物で部分的に又は完全に安定化したジルコニア(ZrO2)のような金属酸化物が広く用いられている。セラミック層は通例、大気プラズマ溶射法(APS)、減圧プラズマ溶射法(LPPS)或いは電子ビーム物理気相堆積法(EVPVD)のような物理気相堆積法(PVD)で堆積される。ボンドコートは通例、拡散アルミナイドもしくは白金アルミナイドのような耐酸化性拡散皮膜、又はMCrAlY(式中、Mは鉄、コバルト及び/又はニッケルである。)のような耐酸化性オーバレイコーティングからなる。
TBC系はその下の部品基材を顕著に遮熱するが、燃焼器ライナ及びタービン動翼(バケット)・ノズル(静翼)のような部品の内部冷却が必要とされることが多く、TBCと併用もしくはその代わりに用いられることがある。ガスタービンエンジンの空気冷却部品では、通例、冷却流の効果を増すため部品表面全体に冷却フィルムが分布するように注意深く構成された複数の冷却孔を通して冷却空気流を吐出させることが必要とされる。冷却孔は、典型的には、放電加工(EDM)やレーザ穿孔のような従来の穿孔技術、或いは複数の正確な寸法の開口をもつ鋳造品が得られる複雑な先端進鋳造法で形成される。しかし、セラミックは導電性ではないので、EDMは、セラミックTBCが既に存在する部品での冷却孔の形成には使用できない。レーザ穿孔法はTBC被覆部品に冷却孔を形成することができるが、冷却孔周囲の脆いセラミックTBCは、TBCとその下の金属ボンドコートとの境界面でTBCの層間剥離及び亀裂を起こし易い。そのため、ボンドコートの堆積後、TBCの施工前に、EDM又はレーザ穿孔加工によって冷却孔を設けることが多い。しかし、空気冷却部品の冷却孔にTBC堆積物が存在すると、TBCによって冷却孔開口部の形状が変化し寸法が縮小するため、部品の耐用寿命に悪影響を与えるおそれがある。特にプラズマ溶射(APS及びLPPS)法で堆積したTBCでは、ホットセクション部品の遮熱に十分な厚さのTBCを堆積させると、相当量のセラミックが冷却孔に堆積しかねない。TBCによる冷却孔の閉塞は、新たに製造された空気冷却部品だけでなく、現場から戻った部品のTBCを補修する際にも発生する。
以上から明らかな通り、TBCで保護された空気冷却部品の製造及び補修は、冷却孔を適切な寸法及び形状に保つ必要性のため一筋縄ではいかない。典型的な解決策は、施工するTBCの厚さを制限することか、さらに好ましくは、冷却孔からセラミックを除去して開口部の所望の寸法及び形状を回復するための最終作業を行うことである。かかる目的のため様々な技術が提案されている。一つの方法は、ウォタージェット処理を用いることであり、その注目すべき例は、Famer他から本願出願人に譲渡された米国特許出願第10/086266号に開示されている。冷却孔の直径が略0.020インチ(約0.5mm)以下、特に0.010インチ(約0.25mm)以下になると、ウォタージェットによるセラミックの除去は難しくなり、殊にTBCの厚さが0.020インチ(約0.5mm)を超えると困難になる。上述の通り、従来のレーザ穿孔法は冷却孔周囲の脆いTBCセラミックに層間剥離及び亀裂を引き起こす傾向があるが、TBCの損傷を最小限にすると報告された各種のレーザ穿孔法が提案されている。Martus他から本願出願人に譲渡された米国特許第5216808号には、Nd:YAG(ネオジムドープ・イットリウム・アルミニウム・ガーネット)レーザは、これらのレーザが発振する赤外(IR)スペクトル域のビームでセラミックが熱的に除去されるため、冷却孔周囲のセラミック皮膜を損傷する傾向があると報告されている。この問題を解決するため、Martus他は、冷却孔からセラミックを非熱的に除去するため紫外スペクトル域のビームを発振するエキシマレーザを用いている。Chenから本願出願人に譲渡された米国特許第6172331号では、パルスNd:YAGレーザがTBCの亀裂を引き起こす傾向があるという知見も得られており、解決策として、レーザビーム波長をIR波長域よりも短波長の約532ナノメートルに短くするため、パルスNd:YAGレーザを高調波発振器と組合せて利用している。最後に、Emerの米国特許第6380512号にも、冷却孔からのセラミックの除去にパルスNd:YAGレーザを使用することが開示されている。Emerの米国特許では、セラミックの除去に用いるNd:YAGレーザビームの波長を変更せずに、その標準IR波長である1060nmのレーザビームを用いている。Emerの米国特許には、他の先行技術で報告されていたTBCの層間剥離及び亀裂を避けるために、パルスIRレーザビームを修正することは開示されていない。その代わり、Emerの米国特許には、部品に損傷を与えずに被覆孔を効果的に再穿孔するには、冷却孔の実際の位置の正確な把握が必要であると報告されている。この目的のために、Emerの米国特許では、冷却孔を初めて設置し、再穿孔用の孔の位置を事前に決めておくためにCNCプログラムを用いているが、部品表面の冷却孔の実際の位置をさらに正確に特定するためマシン・ビジョン・システムが必要とされる。
米国特許出願第10/086266号 米国特許第5216808号 米国特許第6172331号 米国特許第6380512号
本発明では、部品の表面孔からセラミック堆積物を除去する方法を提供するが、その具体例は空気冷却式ガスタービンエンジン部品の表面に堆積したセラミック皮膜材料の一部分を除去する方法である。本方法は、部品表面をTBC材料でコーティングしたために生ずる部品の冷却孔内に堆積したTBC材料の除去に特に有効であり、冷却孔も、被覆部品の表面の冷却孔の周囲のTBCも損傷させることなく、冷却孔から堆積物が除去される。
本発明の方法は、冷却孔周囲のTBCに層間剥離、亀裂その他いかなる損傷も生じさせず、孔の位置を正確に特定するための特殊な装置も労力も要することなくレーザビームによって冷却孔からセラミック材料を除去することができるパラメータで動作させたパルスNd:YAGレーザを用いる。孔の位置を正確に特定するための特殊な装置の代わりに、本発明では、冷却孔を初めて設置する際に用いたものと同じの取付具及びプログラミングを使用できる。より緩やかな位置決め条件が使用できるように、パルスNd:YAGレーザは、従来用いられていたものよりも低い出力レベル及び高い周波数のフリーランニングモードで動作させる。かかるパラメータには、約2Hz〜約20Hzのパルス周波数及び約0.25ミリ秒〜約6.0ミリ秒のパルス幅があるが、好ましいパラメータは孔の直径によって左右される。加えて、本発明では、再穿孔すべき冷却孔よりも直径の小さいレーザビームを使用し、レーザにはビームが孔の壁面に照射されないように貫通点検出器が備わっており、その結果、レーザ穿孔後の孔の入口は、孔周囲の残存セラミック堆積物により画成され、部品表面の孔の当初の直径よりも小さくなる。本発明の方法は、直径0.020インチ(約0.5mm)未満、さらには0.010インチ(約0.25mm)未満の冷却孔から、孔周囲のTBCの厚さが0.020インチ(約0.5mm)を超える場合でも、セラミックを除去することができる。
以上の点から、本発明の表面孔からセラミック堆積物を除去する方法では、孔の最初の設置時に用いたプログラム化された孔の位置にNd:YAG発振器から発振されるレーザビームが方向付けられるように、該レーザ発振器を位置決めする。次いで、設置時の孔よりも直径の小さいパルスレーザビームを、上記プログラム化された孔の位置に方向付けて、セラミック堆積物を除去する。パルスレーザビームは、孔周囲のセラミック皮膜に実質的な層間剥離も亀裂も生じさせずに孔からセラミック堆積物を除去できるパルス幅とパルス周波数を有する。孔の位置を正確に特定するための特殊な装置も労力も要しないので、本発明の方法は容易に実施でき、しかもサイクル時間が短縮されるので、格段に低い生産コストで冷却孔を再穿孔することもできる。
本発明の他の目的及び利点は、以下の詳細説明から一層良く理解されるであろう。
図1は、ガスタービンエンジンの空気冷却部品10の表面16と交差した冷却孔12の断面図を示す。部品10は、鉄基、ニッケル基又はコバルト基超合金から形成し得るが、その他の耐熱材料も使用できると予見できる。当技術分野で公知の通り、部品10の稼働温度を最小限にするため、図1の矢印で示す方向にブリード空気を冷却孔12を通して流すことによって、部品10から熱を移動させる。部品10の表面16に伝達される熱量は、部品10の表面16に対して鋭角に冷却孔12を形成して、冷却孔12から吐出される空気が部品12の表面16全体に流れるようにすることによって、さらに低減させることができる。孔12の形成に適した技術としては、EDM又はレーザ穿孔が挙げられるが、鋳造又はアブレシブウォタージェット加工のような他の方法で孔12を形成することもでいると予見される。
部品10からの熱伝達を促するため、冷却孔12の位置及び構成はその効率が最大になるように注意深く決められる。このため、孔12の形成に用いられる装置は、好ましくは、冷却孔12が所望される表面16の複数の位置を定めるプログラムに従って動作するCNC(コンピュータ数値制御)によって制御される。こうした空間計測値は、PCの機械座標に記憶され、基本的に同じ方法で取付けられる第二の部品の冷却孔の正確な位置を定めるためにアクセス可能である。CNC機械は、レーザ穿孔法で孔12を形成する場合には、加工すべき各部品でのセットアップに要するオペレータの介入が最小限となるように、例えば出力、パルス幅及びパルス周波数などの所望の穿孔パラメータを自動的に設定するようにプログラムされているのが好ましい。ガスタービンエンジン部品の冷却孔の穿孔にCNC装置を使用することは当業者が熟知している事項であり、これ以上の詳細については説明しない。
図1に示す部品10は、その表面16に堆積したセラミック皮膜20(TBC)を有する。皮膜20は金属ボンドコート18で表面16に結合しており、この金属ボンドコート18とセラミック皮膜20とで遮熱コーティング(TBC)系を構成する。特に好適なボンドコート材料には、拡散アルミナイド及び/又はMCrAlYオーバレイコーティングがあり、好適なTBC材料はイットリアで部分的に安定化されたジルコニア(イットリア安定化ジルコニア、YSZともいう。)であるが、イットリアで完全に安定化されたジルコニアも使用することができるし、マグネシア(MgO)、カルシア(CaO)、セリア(CeO2)又はスカンディア(Sc23)のような他の酸化物で安定化されたジルコニアも使用できる。図示した冷却孔12は、セラミック皮膜20の堆積プロセスの結果、冷却孔12の壁に付着したセラミック堆積物22を含んでいる。図1に概略を示す皮膜20は、大気プラズマ溶射(APS)又は減圧プラズマ溶射(LPPS)のようなプラズマ溶射法で堆積させたものであるが、その他の堆積法も使用できる。皮膜20を施工するため、部品10を従来のターンテーブル上に配置してもよく、部品10を回転させながら、ターンテーブルの近傍に配置された適当な溶射装置を用いて皮膜材料を堆積させる。コーティング作業後、好ましくは、部品10を真空中で熱処理して、セラミック皮膜20の残留応力を減少させる。適当な熱処理パラメータとして、約1025℃〜約1125℃の処理温度で約2時間〜約8時間維持することが挙げられる。
図1に示す皮膜20は冷却孔12の直径よりもはるかに厚いが、こうした場合、図1の左側の冷却孔12に示すように、冷却孔12がセラミック堆積物22で完全に塞がれる可能性が増す。例えば、冷却孔12は約0.030インチ(約0.75mm)未満の直径を有することがあり、例えば約0.020インチ(約0.50mm)以下、場合によっては0.010インチ(約0.25mm)未満のこともあり、一方、皮膜20は0.020インチ(約0.50mm)を超える厚さ、例えば0.030インチ(約0.75mm)以上に堆積させることが望ましいこともある。
部品10が新たに製造されたものであっても、現場から戻ってきたものであっても、いずれにせよ、冷却孔12は最初に形成されているので、孔12の所望の直径及び形状を回復するには、図1の右側の冷却孔12に示すように、冷却孔12からセラミック堆積物22を除去しなければならない。本発明では、冷却孔12内部のセラミック堆積物22は、部品10も冷却孔12の周囲の皮膜20も損傷させることなく、Nd:YAGレーザ発振器で除去される。この目的のため、本発明で用いるNd:YAGレーザは、IRスペクトル域にある比較的低出力で高周波数のパルスレーザビーム24を発振するフリーランニングモードで動作させる。好ましいパラメータは、冷却孔12の直径に応じてある程度左右される。孔12の直径が0.010インチ(約0.25mm)未満の場合には、パルスレーザビーム24は約0.25ミリ秒〜約0.60ミリ秒のパルス幅と約2Hz〜約20Hzのパルス周波数、さらに好ましくは約0.55ミリ秒〜0.75ミリ秒のパルス幅と約13Hz〜約17Hzのパルス周波数、最も好ましくは約0.65ミリ秒のパルス幅と約15Hzのパルス周波数を有する。孔12の直径が0.010インチ(約0.25mm)を超える場合には、パルスレーザビーム24は、約0.4ミリ秒〜約1.0ミリ秒のパルス幅と約6Hz〜約16Hzのパルス周波数を有するべきであり、好ましいパルス幅及びパルス周波数は0.010インチ未満の孔12の場合と同じである。これらの重要なパラメータで完全に成功するため、レーザビーム24の直径は孔12よりも十分小さくなければならず、Nd:YAGレーザは、孔12の壁面にレーザビーム24が照射されないようにレーザビーム24を遮断するための当技術分野で公知のタイプの貫通点検出器を備えていなくてはならない。図1に示すレーザビーム24は(集束レンズを介して)先細になっており、残存セラミック堆積物22で画成される孔12の入口は、部品表面16の当初の孔12の直径よりも小さい。従って、部品表面16で当初穿孔する孔12の直径は、孔12の所望の直径よりも大きく、所望の直径は、本発明によるレーザ再穿孔処理の後に、孔12の周囲の残存セラミック堆積物22で画成される表面開口によって定まる。
冷却孔12からセラミック堆積物22を除去するプロセスでは、好ましくは、冷却孔12を初めて設置する際に部品10の保持に用いたものと同じ取付具(又は同等の取付具)に部品10を再度載置する。次いで、CNCプログラムで孔12の位置決めに用いたデータを使用して、部品10上の冷却孔12の位置を再決定すればよい。図1に示すように、パルスレーザビーム24を冷却孔12と同軸の軌跡に沿って孔12の入口に方向付ける。穿孔は、レーザビーム24がセラミック堆積物22を貫通するまで継続し、貫通した時点でレーザビーム24を遮断して熱的作用を制限する。
本発明の完成に至る研究において、ガスタービンエンジンの第1段HPTダクトセグメントで、まず冷却孔をレーザ穿孔し、TBC堆積後に再穿孔した。冷却孔の設置に先立って、部品表面にオーバレイ・ボンドコートを大気プラズマ溶射法で堆積した。次いで、従来の高出力・低周波数パラメータで動作するNd:YAGレーザを用いて、部品に直径約0.022インチ(約0.56mm)の孔を穿孔した。レーザ穿孔は、部品を装着したまま部品表面の冷却孔を位置決めするようにプログラムされたCNC機械で実施した。次に部品に、アルミナイドコーティングサイクル(約1875°F(約1024℃)で約5時間)を実施した。次に大気プラズマ溶射法でYSZ TBCを厚さ約0.035インチ(約0.9mm)まで堆積し、その結果冷却孔はTBCで完全に塞がれた。部品を真空中で約1975°F(約1080℃)で約4時間熱処理した後、部品をレーザ穿孔取付具に再度装着し、上記のプログラムされた孔の位置データを用いてNd:YAGレーザを制御した。プログラムされた孔の位置だけに基づいて、Nd:YAGレーザと部品との相対位置を決定し、孔内部のセラミック堆積物を除去するため各冷却孔にレーザビームが順次照射されるようにレーザを動作させた。Nd:YAGレーザは、パルス幅約0.65ミリ秒及びパルス周波数約15HzのパルスIRレーザビームを発振するフリーランニングモードで動作させた。ビームは、貫通点検出システムで遮断されるまで、各冷却孔からセラミック堆積物を蒸発させた。セラミックを貫通したレーザビームで形成された開口部は、直径約0.018インチ(約0.46mm)であった。部品の金属組織検査から、冷却孔周囲にTBCの有意な層間剥離又は亀裂は全く生じていないことが判明した。
以上、好ましい実施形態に関して本発明を説明してきたが、その他の形態を当業者が採用できることは明らかである。例えば、本発明の方法はガスタービンエンジン部品以外の被覆物品でも実施でき、本明細書で説明したもの以外のセラミック皮膜材料も本発明のレーザ穿孔法で除去することができる。従って、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によってのみ限定される。
本発明の方法によるセラミック堆積物の除去の前後の冷却孔の断面図。
符号の説明
10 部品
12 冷却孔
16 部品表面
18 金属ボンドコート
20 セラミック皮膜
22 セラミック堆積物
24 レーザビーム

Claims (20)

  1. 表面(16)にセラミック皮膜(20)を有する部品(10)の表面孔(12)からセラミック堆積物(22)を除去する方法であって、
    孔(12)の設置時に用いたプログラム化された孔(12)の位置にNd:YAG発振器から発振されるレーザビーム(24)が方向付けられるように、該レーザ発振器を位置決めする段階、次いで、
    プログラム化された孔(12)の位置にパルスレーザビーム(24)を方向付けて孔(12)からセラミック堆積物(22)を除去する段階であって、パルスレーザビーム(24)が部品(10)の表面(16)の孔(12)よりも小さい直径と約0.25ミリ秒〜約6.0ミリ秒のパルス幅と約2Hz〜約20Hzのパルス周波数とを有しており、孔(12)の周囲のセラミック皮膜(20)に実質的な層間剥離も亀裂も生じさせずに、セラミック堆積物(22)の一部が孔(12)から除去され、セラミック堆積物(22)の残存部分が孔(12)の周囲に残って表面開口を画成する段階
    を含んでなる方法。
  2. セラミック皮膜(20)が0.5mmを超える厚さを有する、請求項1記載の方法。
  3. セラミック皮膜(20)が0.75mmを超える厚さを有する、請求項1記載の方法。
  4. 孔(12)が0.25mmを超える直径を有し、パルスレーザビーム(24)が約0.4ミリ秒〜約1.0ミリ秒のパルス幅と約6Hz〜約16Hzのパルス周波数とを有する、請求項1記載の方法。
  5. 孔(12)が0.25mm未満の直径を有する、請求項1記載の方法。
  6. 前記位置決め段階に先立って、プログラム化された孔(12)の位置で部品(10)に孔(12)を設置する段階、次いで
    表面(16)にセラミック皮膜(20)を堆積させるとともに、表面孔(12)に堆積物(22)を堆積させる段階、
    をさらに含む、請求項1記載の方法。
  7. 堆積物(22)の除去が熱的蒸発による、請求項1記載の方法。
  8. セラミック皮膜(20)がプラズマ溶射法で堆積される、請求項1記載の方法。
  9. 部品(10)がガスタービンエンジン部品である、請求項1記載の方法。
  10. 空気冷却式ガスタービンエンジン部品(10)の表面(16)と交差した冷却孔(12)を形成する方法であって、
    プログラム化された孔(12)の位置で部品(10)に複数の孔(12)を設置する段階、
    孔(12)にもセラミック堆積物(22)が堆積するように部品(10)の表面(16)にセラミック皮膜(20)を堆積させる段階、
    セラミック皮膜(20)内の残留応力を減少させるべく、部品(10)を真空中で熱処理する段階、
    プログラム化された孔(12)の位置の1箇所にNd:YAG発振器から発振されるレーザビーム(24)が方向付けられるように、該レーザ発振器を位置決めする段階、次いで、
    プログラム化された孔(12)の位置にパルスレーザビーム(24)を方向付けて孔(12)からセラミック堆積物(22)を蒸発させる段階であって、パルスレーザビーム(24)が部品(10)の表面(16)の孔(12)の直径よりも小さい直径をもつように集束されているとともに約0.25ミリ秒〜約6.0ミリ秒のパルス幅と約2Hz〜約20Hzのパルス周波数とを有しており、孔(12)の周囲のセラミック皮膜(20)に実質的な層間剥離も亀裂も生じさせずに、セラミック堆積物(22)の一部が孔(12)から除去され、セラミック堆積物(22)の残存部分が孔(12)の周囲に残って表面開口を画成する段階
    を含んでなる方法。
  11. 前記堆積段階に先立って、部品(10)の表面(16)に金属ボンドコート(18)を堆積させる段階をさらに含み、セラミック皮膜(20)をボンドコート(18)上に堆積させる、請求項10記載の方法。
  12. ボンドコート(18)が拡散アルミニドである、請求項11記載の方法。
  13. セラミック皮膜(20)がプラズマ溶射法で堆積される、請求項10記載の方法。
  14. 前記熱処理段階が、約1025℃〜約1125℃の温度で約2時間〜約8時間実施される、請求項10記載の方法。
  15. セラミック皮膜(20)が0.5mmを超える厚さを有する、請求項10記載の方法。
  16. セラミック皮膜(20)が0.75mmを超える厚さを有する、請求項10記載の方法。
  17. 孔(12)が0.25mmを超える直径を有し、パルスレーザビーム(24)が約0.55ミリ秒〜約0.75ミリ秒のパルス幅と約13Hz〜約17Hzのパルス周波数とを有する、請求項10記載の方法。
  18. パルスレーザビーム(24)が約0.65ミリ秒のパルス幅と約15Hzのパルス周波数とを有する、請求項17記載の方法。
  19. 孔(12)が0.25mm未満の直径を有し、パルスレーザビーム(24)が約0.55ミリ秒〜約0.75ミリ秒のパルス幅と約13Hz〜約17Hzのパルス周波数とを有する、請求項10記載の方法。
  20. パルスレーザビーム(24)が約0.65ミリ秒のパルス幅と約15Hzのパルス周波数とを有する、請求項19記載の方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007261266A (ja) * 2006-03-28 2007-10-11 Comadur Sa サテン仕上げ表面を形成する方法
JP2011157964A (ja) * 2010-01-29 2011-08-18 General Electric Co <Ge> 成形空気孔の形成方法及びシステム
JP2012072705A (ja) * 2010-09-29 2012-04-12 Hitachi Ltd ガスタービン翼の製造方法
JP2015528872A (ja) * 2012-06-30 2015-10-01 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ タービンハードウェアに断熱コーティングを選択的に生成するための処理
KR101902084B1 (ko) * 2014-02-28 2018-09-27 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 레이저 가공방법 및 레이저 가공장치

Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030155328A1 (en) * 2002-02-15 2003-08-21 Huth Mark C. Laser micromachining and methods and systems of same
US20050036004A1 (en) * 2003-08-13 2005-02-17 Barbara Horn Methods and systems for conditioning slotted substrates
DE60316942T2 (de) * 2003-08-27 2008-08-14 Alstom Technology Ltd. Adaptive automatisierte Bearbeitung von überfüllten Kanälen
US20060016191A1 (en) * 2004-07-23 2006-01-26 Honeywell International Inc. Combined effusion and thick TBC cooling method
EP1810774A1 (de) * 2006-01-24 2007-07-25 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines Loches
US7216485B2 (en) * 2004-09-03 2007-05-15 General Electric Company Adjusting airflow in turbine component by depositing overlay metallic coating
DE102005015153B4 (de) * 2005-03-31 2017-03-09 General Electric Technology Gmbh Verfahren zum Reparieren oder Erneuern von Kühllöchern einer beschichteten Komponente und beschichtete Komponente mit Kühllöchern einer Gasturbine
US7992272B2 (en) * 2007-05-29 2011-08-09 Metem Corporation Method and apparatus for milling thermal barrier coated metals
US20090142548A1 (en) * 2007-10-18 2009-06-04 David Bruce Patterson Air cooled gas turbine components and methods of manufacturing and repairing the same
DE102009011913A1 (de) * 2009-03-10 2010-09-16 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Wärmedämmschichtsystem
US20110076405A1 (en) * 2009-09-25 2011-03-31 United Technologies Corporation Hole drilling with close proximity backwall
US10113435B2 (en) 2011-07-15 2018-10-30 United Technologies Corporation Coated gas turbine components
US9023486B2 (en) * 2011-10-13 2015-05-05 General Electric Company Thermal barrier coating systems and processes therefor
EP2599575A1 (de) * 2011-12-01 2013-06-05 Siemens Aktiengesellschaft Laserbohren von Durchgangsbohrungen ohne Schutz im Inneren
EP2604377B1 (de) * 2011-12-15 2015-07-15 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Laserbearbeitung eines Schichtsystems mit keramischer Schicht
US9598979B2 (en) 2012-02-15 2017-03-21 United Technologies Corporation Manufacturing methods for multi-lobed cooling holes
US8962066B2 (en) 2012-06-04 2015-02-24 United Technologies Corporation Coating for cooling air holes
DE102013109116A1 (de) * 2012-08-27 2014-03-27 General Electric Company (N.D.Ges.D. Staates New York) Bauteil mit Kühlkanälen und Verfahren zur Herstellung
US11143030B2 (en) * 2012-12-21 2021-10-12 Raytheon Technologies Corporation Coating process for gas turbine engine component with cooling holes
US10815796B2 (en) 2013-01-30 2020-10-27 Raytheon Technologies Corporation Coating process for gas turbine engine component with cooling holes
WO2014151479A2 (en) * 2013-03-22 2014-09-25 Videojet Technologies Inc. Method of removing a coating of a substrate
DE102013211047B4 (de) * 2013-06-13 2015-04-30 MTU Aero Engines AG Verfahren zum Verschließen von Kühlluftbohrungen
US9707645B2 (en) 2014-01-09 2017-07-18 General Electric Company Systems, methods, and apparatus for locating and drilling closed holes of a turbine component
EP3094865A4 (en) * 2014-01-16 2017-09-13 United Technologies Corporation Systems and methods for thermal location of cooling holes
DE102014204806A1 (de) * 2014-03-14 2015-09-17 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Neuherstellung von Durchgangslöchern in einem Schichtsystem
GB201419327D0 (en) 2014-10-30 2014-12-17 Rolls Royce Plc A cooled component
US9718735B2 (en) * 2015-02-03 2017-08-01 General Electric Company CMC turbine components and methods of forming CMC turbine components
JP2018051764A (ja) * 2016-09-26 2018-04-05 エスアイアイ・プリンテック株式会社 噴射孔プレートの製造方法
SG10201708210PA (en) * 2017-10-05 2019-05-30 United Technologies Corp Multi-step clearance of coating
WO2019245532A1 (en) * 2018-06-19 2019-12-26 Siemens Aktiengesellschaft Manufacturing method for finishing of ceramic cores flash
US11407067B2 (en) * 2018-06-29 2022-08-09 Pratt & Whitney Canada Corp. Method for repairing a part
GB202107236D0 (en) 2021-05-20 2021-07-07 Rolls Royce Plc Debris removal
EP4105444A1 (en) * 2021-06-18 2022-12-21 Raytheon Technologies Corporation Joining individual turbine vanes with field assisted sintering technology (fast)

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4818834A (en) * 1988-03-21 1989-04-04 Raycon Corporation Process for drilling chamfered holes
US5216808A (en) * 1990-11-13 1993-06-08 General Electric Company Method for making or repairing a gas turbine engine component
US5465780A (en) * 1993-11-23 1995-11-14 Alliedsignal Inc. Laser machining of ceramic cores
US6172331B1 (en) * 1997-09-17 2001-01-09 General Electric Company Method and apparatus for laser drilling
US6154959A (en) * 1999-08-16 2000-12-05 Chromalloy Gas Turbine Corporation Laser cladding a turbine engine vane platform
SG127668A1 (en) * 1999-11-24 2006-12-29 Gen Electric Method for thermal barrier coating
US6441341B1 (en) * 2000-06-16 2002-08-27 General Electric Company Method of forming cooling holes in a ceramic matrix composite turbine components
US6420677B1 (en) * 2000-12-20 2002-07-16 Chromalloy Gas Turbine Corporation Laser machining cooling holes in gas turbine components
US6380512B1 (en) * 2001-10-09 2002-04-30 Chromalloy Gas Turbine Corporation Method for removing coating material from a cooling hole of a gas turbine engine component
US6663919B2 (en) * 2002-03-01 2003-12-16 General Electric Company Process of removing a coating deposit from a through-hole in a component and component processed thereby

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007261266A (ja) * 2006-03-28 2007-10-11 Comadur Sa サテン仕上げ表面を形成する方法
JP2011157964A (ja) * 2010-01-29 2011-08-18 General Electric Co <Ge> 成形空気孔の形成方法及びシステム
JP2012072705A (ja) * 2010-09-29 2012-04-12 Hitachi Ltd ガスタービン翼の製造方法
JP2015528872A (ja) * 2012-06-30 2015-10-01 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ タービンハードウェアに断熱コーティングを選択的に生成するための処理
KR101902084B1 (ko) * 2014-02-28 2018-09-27 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 레이저 가공방법 및 레이저 가공장치
US10792759B2 (en) 2014-02-28 2020-10-06 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Laser processing method and laser processing apparatus

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