JP4414348B2 - 幾何学的に複雑なコンポーネントを修復及び製造するための方法及びデバイス - Google Patents

Description

【技術分野】
本発明は、特許請求の範囲１及び２の序文に従う幾何学的に複雑なコンポーネントを修復及び製造するための方法、並びにこれらの方法を実施するためのデバイスに関する。
【背景技術】
特に、ガスタービンのフローチャネル領域において、コンポーネントは、酸化作用、腐食作用及び浸食作用によって、損耗を受ける。大きな変形、クラック及び穴あきが生じ、ある程度の損傷を受けると、修理や交換が必要となる。取付け前の状態では、ブレード等のコンポーネントパーツを修理や交換をするのは、比較的容易である。
しかしながら、パイプ状の同軸壁エレメントを有し且つこれらのエレメント（後者）を接続する複数のブレースを有するハウジングセクションのような複雑で一体的なコンポーネントもあり、これらのコンポーネントに関して、修理は、コストのために、通常、完全な交換が優先されるか、或いはこれらのコンポーネントに関して、新たなパーツの製造が困難である。また、このようなコンポーネントが、その新規な状態で、許容できない欠陥をすでに持っている場合がある。このような場合、高価なパーツの修理が望まれる。損傷や欠陥が、切断装置や溶接装置のようなツールが接近するのが困難である領域に生じることもある。欠陥のあるピースを切断しかつ交換ピースを溶接するためにレーザエネルギーを使用することが知られている。工業的に使用されるレーザ装置の標準的フォーカシングヘッドは、自動フォーカス及び回転軸のために大き過ぎるので、狭く閉じ込められた空間での使用に適さない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
それに対して、本発明の目的は、レーザテクノロジーを使用して、接近が制限された領域を有する幾何学的に複雑なコンポーネントを修復し且つ製造するための、デバイスを含む方法を提供することであり、その結果として、修理及び製造は、コスト効率がより高く、溶接ひけがより少なくてより正確に再生産可能且つ達成可能であり、多くの場合、これらの修理及び製造は初めて可能となる。
【課題を解決するための手段】
本方法に関して、この目的は、請求項１及び請求項２の一般的機能に関連してそれらの請求項１と請求項２に特徴付けられた機能によって達成される。全体の加工プロセス中、レーザビームを案内し、偏向し、切断又は溶接ゾーンに焦点を合わせる、光ガイドを有する所謂チューブ或いはホルダの形態のスペースを取らない特殊アダプタが用いられる。このために、特殊アダプタは、調節可能なフォーカシングデバイスを有する。この特殊アダプタ、従って、レーザビームが、ＣＮＣ制御方式で移動され、そのパスデータは、そのまま切断及び溶接においてそのまま維持される。
請求項１及び２に従う方法の好適な改良は、従属の請求項に特徴付けられる。
【発明を実施するための最良の形態】
引き続いて、本発明は、図面を参照いてより詳細に説明される。図面は、簡略化して表示している。
図１に従うコンポーネント７は、ガスタービンハウジングセクションの幾つかのブレースの一つである。このようなハウジングセクションは、二つのパイプ状の同心壁エレメントを有する一体コンポーネントを形成し、これらのエレメントは、周を横断するように配置される幾つかの半径方向ブレースを介して接続される。動作中、空気力学的形状を有するブレースは、それらの全外表面が高温で攻撃性のあるガスに曝され、腐食作用、浸食作用、クラック形成、変形、溶け落ち等によって損傷されるかもしれない。ブレース同士間の隙間は、空間的制約によって、制限された範囲でのみツールに接近可能である。
明瞭にするために、図１は、隣接する或いは接続されたエレメントを含まないこのようなブレースの半分のみを示している。加工ツール自体は、スペースを取らないパイプ状のチューブ１によって形成され、このツールは、レーザ源５に光学的に接続可能である。特に、レーザ源５は、ＣＯ₂レーザ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、或いは他の適切なレーザタイプであり得る。図示のケースでは、チューブ１内の焦点の合わされていない或いは事前に焦点が合わされたレーザビームは、偏向ミラー装置２を使用して９０°偏向され、且つ調節可能フォーカシングデバイス３を使用してコンポーネント７の表面に焦点が合わされる。チューブ１中のビーム偏向は、９０°異なっていても良い。チューブ１は、工業用ロボット、ポータルシステム等のＣＮＣ制御マシン（図示せず）に機械的に連結されて、そのマシンによって移動される。このプロセスでは、レーザビーム４は、損傷された又は欠陥のあるピース８をコンポーネント７から切断するために自己閉鎖パス６に沿って案内される。図１の下部には、光ガイド１１とフォーカシングデバイス１３を有するホルダ１２がチューブ１の代替品として示されている。
図２の上部に従って、同じパスデータと同じチューブ１を使用して、侵されたコンポーネント領域に少なくとも大いに一致する修理用ピース９から、ピース８に対応するが欠陥の無い交換ピース１０が切り出される。図１に従うパスデータと比較して、交換ピース１０を製造するために、パスの長手に渡って一定である小さな横方向パス修正（ギャップ修正）を考慮することが可能である。
図２の下部に従って、チューブ１を使用して、欠陥のあるピース８に代わって、交換ピース１０がコンポーネント７の穴に溶接される。通常、フォーカシングデバイス３は、溶接では、切断とは異なるよう設定される。
図示された加工ステップの全てにおいて、光ガイド１１を有する同じチューブ１やホルダ１２が使用され、コンポーネント７は、一つの同じクランプサポートに保持され、修理用パーツは、このパーツがチューブ１を大きく移動することなく加工されるようにコンポーネント７の近くに位置されるのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】コンポーネントからピースを切断する図である。
【図２】修理用パーツから交換ピースを切断し並びに交換ピースをコンポーネントに溶接する図である。

Claims (3)

1. 幾何学的に複雑なコンポーネントの接近が制限された領域において損傷又は欠陥を有するこれらのコンポーネントを修復するための方法であって、
   前記コンポーネントが、二つのパイプ状同心壁エレメントを有し且つこれらの壁エレメントを接続する複数のブレースを有し、更にこれらのブレースの領域又は壁領域に損傷又は欠陥を有するガスタービンハウジングセクションであって、
   損傷された又は欠陥のあるピースがこれらのコンポーネントから切断され、且つ同種の交換ピースがこれらのコンポーネントに溶接され、前記切断と溶接がレーザエネルギーの助けを借りて実行され、
   Ａ）数値制御的方法で自己閉鎖パス（６）を移動するレーザビーム（４）を使用し、損傷された又は欠陥のあるピース（８）がコンポーネント（７）から切除されること、
   Ｂ）レーザビーム及び必要ならばギャップ修正によって修正された、前記Ａにおけるのと同じパスデータを使用し、交換ピース（１０）が修理用パーツ（９）から切り出され、この修理用パーツの材質と形状は、コンポーネント（７）の損傷された又は欠陥のある領域に類似乃至同一であること、
   Ｃ）レーザビーム及び前記Ａにおけるのと同じパスデータを使用し、交換ピース（１０）が、コンポーネント（７）に溶接されること、
   Ｄ）上記三つの加工ステップＡ乃至Ｃにおいて、先端にフォーカシングディバイス（１３）を有する先端部が９０°に湾曲した光ガイド（１１）とホルダ（１２）の形態の特殊アダプタを使用し、前記先端部が９０°に湾曲した光ガイド（１１）で前記レーザビーム（４）を屈折し、フォーカシングディバイス（１３）で前記レーザビーム（４）の焦点を再度焦点合わされること、
   Ｅ）加工ステップＡ乃至Ｃ中に、コンポーネント（７）は、同じクランプ支持のままであること、を特徴とする方法。
2. 接近が制限された領域で幾何学的に複雑なコンポーネントを製造するための、二つのパイプ状同心壁エレメントとこれらの壁エレメントを接続するブレースとから構成されるガスタービンハウシングセクションを製造するための方法であって、
   オーバーサイズに製造されるコンポーネントのエレメント同士は、正確に嵌合するように切断され且つ互いに溶接され、前記切断と溶接は、レーザエネルギーの助けを借りて実行され、
   Ａ）数値制御的方法で自己閉鎖パスを移動するレーザビームを使用し、オーバーサイズに製造される第１のエレメントが、正確に嵌合するように切断されること、
   Ｂ）レーザビーム及び必要ならばギャップ修正によって修正された、前記Ａにおけるのと同じパスデータを使用し、第１のエレメントに隣接し且つオーバーサイズに製造された第２のエレメントが、正確に嵌合されるように切断されること、
   Ｃ）レーザビーム及び前記Ａにおけるのと同じパスデータを使用し、前記二つのエレメントが互いに溶接されること、
   Ｄ）上記三つの加工ステップＡ乃至Ｃにおいて、先端にフォーカシングディバイス（１３）を有する先端部が９０°に湾曲した光ガイド（１１）とホルダ（１２）の形態の特殊アダプタを使用し、前記先端部が９０°に湾曲した光ガイド（１１）で前記レーザビーム（４）を屈折し、フォーカシングディバイス（１３）で前記レーザビームの焦点を再度焦点合わされること、を特徴とする方法。
3. 前記レーザビームは、溶接動作とは異なるように切断動作のために焦点が合わされる、請求項１又は２に記載の方法。

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